Nanoscale properties of acive polymer/organic-based electronic components by atomic force acoustic microscopy

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Polymere und andere organische Materialien werden derzeit in der Mikro- und Nanoelektronik in Serienprodukte eingeführt. Sie dienen dabei entweder als Ersatz herkömmlicher Materialien in klassischen Designs oder für die Entwicklung von Geräten auf Basis neuartiger Konzepte. In beiden Fällen müssen Design, Entwicklung, Performancesimulation und die Integration in die vorhandene Produktion mit Unbekannten im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften der neuartigen Materialien rechnen. Die Ergebnisse der ersten Phase des Projektes zeigen das enorme Potenzial der akustischen Rasterkraft-Mikroskopie (atomic force acoustic microscopy, AFAM) für die Charakterisierung von mechanischen Eigenschaften auf der Nanoskala. Die wesentlichen Erfolge dieses Projektes sind die erfolgreiche Charakterisierung von dünnen organischen und polymerbasierten Schichten mit Dicken von unterhalb eines Nanometers bis zu einigen zehn Nanometern mit sehr hoher lateraler Auflösung, das Aufzeigen eines Zusammenhangs zwischen der Morphologie von kristallinen dünnen Polymerschichten und ihren Halbleitereigenschaften sowie die erfolgreiche Bestimmung der Indentationsmodule von porösen organischen Silicatgläsern. Die von dem Projekt geforderten Verbesserungen, die am vorhandenen AFAM-System umgesetzt wurden, haben neue Möglichkeiten zur Materialcharakterisierung eröffnet. Die vorläufigen Ergebnisse haben unter anderem gezeigt, dass die Deformationsmechanismen der porösen organischen Silicatgläser von verschiedenen Faktoren abhängig sind. Hierbei sind insbesondere die aufgewendete Indentationskraft, die lokalen Spannungsverhältnisse und die Dynamik der Messung zu nennen. Die Porengröße und die typischen Entfernungen zwischen den Poren bewegen sich in der Größenordnung der lateralen Auflösung der AFAM-Methode, was Aussagen über das mechanische Verhalten von derartigen porösen Materialien auf einer noch nie dagewesenen Skala ermöglicht. In der Projektverlängerung sollen insbesondere Studien zu zeit- und spannungsabhängigen Deformationsmechanismen von diesen Materialien durchgeführt werden um diese besser zu verstehen. Die Kombination des nanoskaligen Messverfahrens mit den neuartigen Materialien, welche nur sehr schwierig mit klassischen Methoden charakterisiert werden können, etabliert möglicherweise ein neues Feld in der Materialcharakterisierung. Da die Zahl der neuartigen Materialien, die zurzeit in solch kritischen Umgebungen wie der Mikro- und Nanoelektronik, organischen Elektronik, Biowissenschaft sowie den erneuerbaren Energien erforscht und angewandt wird, ständig ansteigt, haben diese zunehmenden Einfluss auf das alltägliche Leben, angefangen von energieeffizienten Geräten bis hin zu intelligenten elektronischen Instrumenten und Systemen. Die hier aufgezeigte Forschungsrichtung ist daher sinnvoll und notwendig.