Organic-Inorganic Semiconductor Hybrid Systems: Structure, Morphology, and Electronic Properties

In dieser Arbeit stehen die Herstellung und Charakterisierung von Hybridsystemen im Vordergrund, die auf organisch-anorganischen Materialien basieren. Zur Aufklärung der Struktur, Morphologie und thermischen Stabilität der organischen Schichten wurden Methoden aus der Oberflächenphysik eingesetzt, wie Röntgenbeugung (XRD), Rasterkraftmikroskopie (AFM), thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS). Als organisch-anorganische Heterostruktur wurde das System Pentacen-Zinkoxid untersucht, wobei das Pentacen (C22H14) auf dem sauerstoffterminierten Zinkoxid ZnO(000-1) ausführlich charakterisiert wurde. Eine erweiterte Studie von Pentacen auf ZnO verschiedener Terminierung wie ZnO(000-1), ZnO(0001) und ZnO(10-10) wurde durchgeführt. Diese Terminierung beschreibt den Einfluss der chemischen und strukturellen Aspekte des Substrats auf das Wachstum und die Eigenschaften der Pentacenschichten. Auss erdem wurde die selektive Herstellung von einer bestimmten Kristallstruktur von Pentacen durch das Einstellen bestimmter Substrattemperaturen erzielt. Sowohl Pentacenschichten auf verschiedenen ZnO-Oberflächen als auch die verschiedenen Kristallphasen wurden mit der optischen Absorptionsspektroskopie in Abhängigkeit von der Temperatur, der Filmdicke und der molekularen Orientierung bzw. dem Packungsmotiv untersucht. Die hohe Qualität und Kristallinität der Proben erlaubten bei einer Kristallphase die Charakterisierung der Davydov-Aufspaltung durch linear polarisiertes Licht, das auf einen Einzelkristallit fokussiert wurde. Ein weiteres System im Rahmen der organisch-anorganischen Hybridmaterialien stellte die Verankerung von anorganischen CdS Nanopartikeln (NP) auf einem Goldsubstrat mittels eines bifunktionalen Linkers, der zu der Klasse der selbst-assemblierenden Monolagen (SAMs) gehört, dar. Die sogenannte Immobilisierung der NP wurde mittels eines konjugierten Dithiols realisiert, das über ausreichende Leitfähigkeit zum Einsatz im lichtadressierbaren potentiometrischen Sensor verfügt. Diese wurde optimiert durch geeignete Präparation langreichweitig geordneter, stabiler SAMs. Verschiedene Dithiole wurden zum Einsatz gebracht, wobei die mit Stilbendithiol bei höherer Temperatur modifizierte Goldelektrode genügend Effizienz und stabile Photoströme mit CdS NP erzielte. Dieser stilbendithiolbasierte Photosensor wurde exemplarisch mit FePt modifizierten CdS NP zum Nachweis von Wasserstoffperoxid verwendet. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde eine Rasterkraftmikroskopie-Variante zur Leitfähigkeitsmessung an Oberflächen (current sensing AFM, kurz: CSAFM) am Beispiel von der gemischt-terminierten ZnO(10-10) Oberfläche eingeführt. Durch die geeignete Wahl von Eingabeparametern wie z.B. Spannungsbereich, Verzögerungszeit und Laufzeit der individuellen I-V-Kurven wurde die Reproduzierbarkeit der lokalen Leitfähigkeitsmessung optimiert. Zusätzlich wurde der Einfluss der Auflagekraft der Spitze und der Substrattemperatur auf die Leitfähigkeit der gemischt-terminierten ZnO-Oberfläche erforscht.