Sub - 10 nm nanotransfer printing using MBE stamps for novel applications in organic and molecular electronics

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Wesentliche Zielsetzung des geplanten Vorhabens ist die Realisierung neuartiger Bauelemente der organischen und molekularen Elektronik auf Grundlage einer hochauflösenden, direkten Nanotransfer-Drucktechnik („Nanotransfer-Printing“, nTP). Unter Verwendung von an der Oberfläche nanostrukturierten Druckstempeln, welche mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt werden, sollen koplanare metallische Dünnfilme mit lateralen Abständen unterhalb von 10 nm auf flache Substrate aufgebracht werden. Zwei oder mehr Metallfilme oder Linien, welche durch ein derartiges „Nanogap“ voneinander getrennt sind, sollen als elektrische Kontakte an organische Moleküle dienen. In einem von zwei Ansätzen des Vorhabens werden zunächst Si/SiO2 Substrate mit organischen, dünnen Filmen („self-assembled monolayers“) aus Antrazen-haltigen Organophosphonaten beschichtet. Anschließend werden die metallischen Source- und Drainkontakte auf diese molekulare Schischt gedruckt, wodurch ein organischer Ultra-Dünnschicht-Transistor mit extrem kurzer Kanallänge entsteht. Im zweiten, wesentlichen Ansatz planen wir die Untersuchung großer, konjugierter Moleküle (Oligo-Phenylen-Ethynylene, OPE), welche eine Sternartige, verzweigte Struktur aufweisen, um einen molekularen Transisitor zu realisieren. Die Moleküle sollen aus Lösung auf Drei-Terminal-Nanogapelektroden abgeschieden werden. Derartige Kontaktstrukturen werden mit einer Erweiterung unserer nTP-Technik, dem Überwachsen von Spaltkanten („Cleaved Edge Overgrowth“, CEO) hergestellt. Alle präparierten, metallischen Elektrodennanostrukturen werden eingehend mit Hilfe verschiedener Abbildungstechniken charakterisiert, unter Hinzunahme topologischer und spektroskopischer Analytik der molekularen Oberflächenfunktionalisierung. Die elektrischen Eigenschaften der geplanten Bauelemente-Typen werden in Hinblick auf ihre Abhängigkeit vom transferierten Metall (elektronische Austrittsarbeit), von der Source-Drain-Kanallänge, von der molekularen, elektronischen Struktur, der Temperatur, vom elektrischen Gate- Potential und vom einfallenden Licht (Photoleitfähigkeit) untersucht. Zur Ergänzung der experimentellen Aktivitäten sollen ausgedehnte Rechnungen der molekularen Transporteigenschaften auf der Grundlage unterschiedlicher Methoden durchgeführt werden. Hierbei wird ein wesentlicher Fokus auf dem Verständnis der Leitungs-Prozesse in einzelnen Molekülen liegen, insbesondere in bezug auf die Rolle der Molekül-Elektroden-Kopplung. Zusätzlich soll ein neuartiger Ansatz auf der Grundlage einer Multiskalen-Modellierung verfolgt werden, welcher die Modellierung realistischer Moleküle ermöglichen wird, die normalerweise aufgrund ihrer Länge oder Komplexität theoretischen Rechnungen nicht zugänglich sind.