Spektroskopische Untersuchungen an organischen Materialien und Metalloxiden

Spectroscopic investigation of organic materials and metal oxides

  • Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit Synchrotron-basierenden, optischen und Elektronen-basierenden Methoden die elektronischen Eigenschaften zweier unterschiedlicher Materialklassen untersucht. Der Fokus lag dabei im besonderen auf der Bestimmung der Größe der Bandlücke/HOMO-LUMO-Lücke und ihre Abhängigkeit der verwendeten Methode. Die zwei unterschiedliche Materialklassen, welche untersucht wurden sind folgende: Erstens die organischen Systeme Cobalt-Phthalocyanin und Fulleren. An Ihnen wird der Einfluss der verwendeten Messmethoden aufgezeigt und die sich draus ergebenen HOMO- LUMO-Lücken (elektronisch, Volumen, Oberfläche, optisch) diskutiert. Es zeigt sich, dass die optische Methode (Ellipsometrie) generell den kleinsten Wert und die elektronischen Methoden (XPS, XAS) den größten Wert ergeben. Die Gründe dafür werden ausführlich diskutiert. Durch die Kombination von XPS- , XAS- und Ellipsometrie-Messungen war es möglich die Orientierung der aufgedampften CoPc-Moleküle auf den SiO2-Substrat zu bestimmen. ZweitensIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit Synchrotron-basierenden, optischen und Elektronen-basierenden Methoden die elektronischen Eigenschaften zweier unterschiedlicher Materialklassen untersucht. Der Fokus lag dabei im besonderen auf der Bestimmung der Größe der Bandlücke/HOMO-LUMO-Lücke und ihre Abhängigkeit der verwendeten Methode. Die zwei unterschiedliche Materialklassen, welche untersucht wurden sind folgende: Erstens die organischen Systeme Cobalt-Phthalocyanin und Fulleren. An Ihnen wird der Einfluss der verwendeten Messmethoden aufgezeigt und die sich draus ergebenen HOMO- LUMO-Lücken (elektronisch, Volumen, Oberfläche, optisch) diskutiert. Es zeigt sich, dass die optische Methode (Ellipsometrie) generell den kleinsten Wert und die elektronischen Methoden (XPS, XAS) den größten Wert ergeben. Die Gründe dafür werden ausführlich diskutiert. Durch die Kombination von XPS- , XAS- und Ellipsometrie-Messungen war es möglich die Orientierung der aufgedampften CoPc-Moleküle auf den SiO2-Substrat zu bestimmen. Zweitens wurden die Metalloxide HfO2, Al2O3, In2O3 und Ga2O3 aufgrund ihrer großen technologischen Bedeutung untersucht. Mit Hilfe von ALD Zyklus-für-Zyklus Experimenten konnten die elektronischen Eigenschaften von HfO2 in Abhängigkeit der ALD- Zyklenzahl und das Wachstum von HfO2 in den ersten Zyklen studiert werden. Auf Basis der XPS- und EELS-Ergebnisse wurde ein Wachstumsmodell entwickelt. Es wird ebenfalls der Einfluss einer Dipolschicht an der Grenzfläche HfO2/SiO2 auf die Größe der Bandlücke in den EELS-Messungen diskutiert. Mittels resonanten Photoemission wurde ein neuer Auger-Mechanismus (3-Loch-Auger-Prozess) in den Oxiden gefunden. Dieser hat seine Ursache in Defekten. Defekte führen auch zu einer Fano-Anti-Resonanz, welche an der O1s-Absorptions-Kante beobachtet und diskutiert wird.show moreshow less
  • In the framework of this thesis, synchrotron-based, optical and electron-based methods are applied to study the electronic properties of two different material classes. The focus lies in particular on the determination of the band gap / HOMO-LUMO gap and there dependency on the used method. The two different material classes, which where investigated are the following: Firstly, the organic systems Cobalt-Phthalocyanine and Fullerene. On them the influence of the used method will be shown and the resultant HOMO-LUMO gaps (electronic, volume, surface, optical) are discussed. It becomes apparent, that the optical method (Ellipsometry) in generally result in the smallest value and the electronic methods (XPS, XAS) result in the largest values. The reason for this fact is discussed in detail. By combination of XPS- XAS- and Ellipsometry-measurements it was possible to determine the orientation of the evaporated CoPc molecules on the SiO2 substrate. Secondly, the metal oxides HfO2, Al2O3, In2O3 and Ga2O3 where investigated, because of thereIn the framework of this thesis, synchrotron-based, optical and electron-based methods are applied to study the electronic properties of two different material classes. The focus lies in particular on the determination of the band gap / HOMO-LUMO gap and there dependency on the used method. The two different material classes, which where investigated are the following: Firstly, the organic systems Cobalt-Phthalocyanine and Fullerene. On them the influence of the used method will be shown and the resultant HOMO-LUMO gaps (electronic, volume, surface, optical) are discussed. It becomes apparent, that the optical method (Ellipsometry) in generally result in the smallest value and the electronic methods (XPS, XAS) result in the largest values. The reason for this fact is discussed in detail. By combination of XPS- XAS- and Ellipsometry-measurements it was possible to determine the orientation of the evaporated CoPc molecules on the SiO2 substrate. Secondly, the metal oxides HfO2, Al2O3, In2O3 and Ga2O3 where investigated, because of there great technological importance. By means of ALD cycle-by-cycle experiments it was possible to study the electronic properties of HfO2 as a function of the cycle number and the growth of HfO2 in the very first cycles. Based on the XPS- and EELS-results a growth model was developed. Also the influence of an dipole layer at the interface HfO2/SiO2 on the value of the band gap determined by EELS measurements will be discussed. By using resonant photoemission a new auger-mechanism (3-hole-auger-process) was found in the oxides. The reason for this mechanism are defects. Defects also results in a fano-anti-resonance, which was observed and will be discussed at the O1s-absorption edge.show moreshow less

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Metadaten
Author: Marcel Frank Michling
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29014
Referee / Advisor:Prof. Dr. Dieter Schmeißer
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2013
Date of final exam:2013/08/14
Release Date:2013/10/07
Tag:3h-Auger; Bandlücke; Metalloxide; Organik; Spektroskopie
3h-Auger; Band gap; Metal oxides; Organics; Spectroscopy
GND Keyword:Spektroskopie; Metalloxide
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Angewandte Physik / Sensorik
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