Phänomenologische Modellierung von Injektion, Transport und Rekombination in Bauelementen aus organischen Halbleitern sowie aus nichtorganischen Ferroelektrika

Dr. Y. Genenko (FG Materialmodellierung)
Prof. Dr. H. v. Seggern (FG Elektronische Materialeigenschaften)
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Ausgehend von den in dem auslaufenden Projekt gewonnenen Kenntnissen über die stationäre Ladungsträgerinjektion an dem Kontakt zwischen einem Metall und einem organischen Halbleiter sowie über den stationären Ladungsträgertransport innerhalb des organischen Halbleiters soll ein vollständiges phänomenologisches Modell elektronischer Bauelemente erstellt werden, das auch die Beschreibung dynamischer Vorgänge vorsieht. Dabei sollen die für einen organischen Halbleiter typischen Zustandsdichte-Verteilungen, feldabhängige Beweglichkeiten, sowie Fallenverteilungen ebenso berücksichtigt werden wie Ladungsträgerrekombination.

Modellparameter konkreter Materialen sollen aus dem Vergleich mit Experimenten an Modellsystemen aus D3 (Klein) und D4 (Melzer / v. Seggern) gewonnen werden. Durch Untersuchungen ein- und mehrschichtiger Bauelemente mit rauen Elektroden sollen Bereiche lokalisiert werden, in denen erhöhte Feldstärken und Ladungsträgerkonzentrationen auftreten. Das experimentelle Bauteildesign soll dann dergestalt modifiziert werden, dass solche Bereiche vermieden werden. Parallel werden die bereits in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Albe (C2) angefangenen Monte-Carlo Studien zum Hopping-Transport in organischen Halbleitern weitergeführt. Diese Methode soll u. a. eingesetzt werden, um die Gültigkeit der verwendeten eindimensionalen Beschreibung und der damit verbundenen Mittelung physikalischer Größen auf Flächen senkrecht zur Ladungstransportrichtung zu verifizieren.

Außerdem wird die Möglichkeit eruiert, aufgrund der Finite Elemente Methoden einen zuverlässigen Algorithmus zu entwickeln, der die Lösung stark nichtlinearer Transportgleichungen für beliebige Fallenverteilungen in organischen Halbleitern erlaubt. Das in der ersten Projektphase in Zusammenarbeit mit der Gruppe von PD Lupascu/ Prof. Rödel (D1) entwickelte zweidimensionale Modell zur Drift-Diffusion geladener Punktdefekte unter Einfluss des lokalen elektrischen Feldes in Ferroelektrika soll weiterentwickelt werden.

Mit Hilfe dieses Modells ist es möglich, den auf die Domänenwände wirkenden Klemmdruck zu berechnen. Nach der Erweiterung des Modells soll es möglich sein, die Wirkung, der im Laufe der Alterung entstandenen Raumladungszonen auf die Dielektrizitätszahl ebenso quantitativ zu untersuchen, wie den maximalen Klemmdruck und die Stärke des Koerzitivfeldes. Das Modell soll dann zu Untersuchung der Alterung von Proben aus Projekten A2 (Hoffmann), B7 (v. Seggern / Klein) und D1 (Rödel) angewendet werden.