Organic field effect transistors with polarizing insulator

Der Einsatz polarisierender Isolatoren in der organischen Elektronik ermöglicht eine Erhöhung der Ladungsträgerdichte im organischen Halbleiter und damit eine Verbesserung der Funktionalität organischer Feldeffekttransistoren. In dieser Arbeit wird die Wirkungsweise eines mit LiClO4 Salz angereicherten organischen Isolators im organischen Feldeffekttransistor experimentell und theoretisch untersucht. Diese mit LiClO4 Salz angereicherten Transistoren zeigen in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration ein um den Faktor 100 verbessertes Schaltverhalten. Die damit verbundene Erhöhung der Transistorströme führt erfolgreich zu einer Reduktion der Schaltspannungen. Die durch die Ionenleitung bedingte ausgeprägte Zeitabhängigkeit prägt das Schaltverhalten dieser Transistoren. Für ein tieferes Verständnis der Material- und Bauelementeigenschaften wird ein Drift- und Diffusionsmodell der gekoppelten Ionentransportprozesse entwickelt. Basierend auf diesem Modell wird eine numerische Simulation entwickelt, in der Drift, Diffusion und Raumladungsfelder beider Ionensorten im Rahmen eines Kontinuummodells berücksichtigt und berechnet werden. Zeitabhängig liefert sie das resultierende Potential und das elektrische Feld über die gesamte Breite des Isolators. Das elektrische Feld im Isolator an der Grenzfläche zum Halbleiter beeinflusst maßgeblich die Ladungsträgerdichte im leitfähigen Kanal des Transistors. Als Resultat der Simulation der Ionentransportprozesse kann damit die zeitabhängige Veränderung des Transistorstroms IDS simuliert werden. Der Vergleich von experimentellen und simulierten Ergebnisse ermöglicht eine Diskussion der Transistorcharakteristik dieser mit LiClO4 Salz angereicherten Transistoren in Abhängigkeit unterschiedlicher Herstellungs- und Betriebsparameter. Letztlich bestätigt der Vergleich die Modellvorstellung über den Ionentransportprozess. The use of polarizing insulators in the field of organic electronics leads to a rise of charge carrier density in the organic semiconductor and therefore improves the functionality of organic field effect transistors. In this work the effectiveness of a LiClO4 salt enriched organic insulator within the transistor is examined experimentally and theoretically. By enrichment of the insulator with LiClO4 salt it was possible to develop transistors with a 100 times better switching behaviour in dependence of the salt concentration. The combined rise of transistor currents successfully leads to a reduction of gate voltages. The switching behaviour of the transistors is dominated by the strong time dependence of the ionic conduction. For a deeper understanding of material and device characteristic, a drift and diffusion model of the coupled ion movement is developed. Based on this model a numerical simulation is developed. With the help of a continuum model drift, diffusion and space charge fields of both ion species are considered and calculated. The potential and the electrical field are calculated time dependent along the whole insulator material. The electrical field in the insulator material in the boundary region next to the semiconductor mainly influences the carrier density in the channel region of the semiconductor. As a result of the ion transport process, the time dependent change of the transistor current IDS can be simulated. The comparison of experimental and simulated results enables a discussion of the transistor characteristics of the LiClO4 salt enriched transistors in dependence of different parameters. Finally the comparison approves the model of the ion transport process.