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2010 - Irene Watzinger

Wachstum von organischen Molekülen mittels Hot-Wall-Epitaxie

Diplomarbeitsprojekt: Forschungsaufenthalt an der Fudan University, Shanghai, China
15.08.2010 - 15.01.2011
Konferenzbesuch “International Conference on Crystal Growth”, Peking, China
08.08.2010 - 13.08.2010


Irene Watzinger
Contact: vorname.nachname at gmx.at


Für meine Diplomarbeit, angefertigt am Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik, betreut von Prof. Helmut Sitter, studiere ich das Wachstum von organischen Molekülen, gewachsen mittels Hot-Wall-Epitaxie (HWE). Im Speziellen arbeite ich mit auf para- sexiphenyl (PSP) basierenden organischen Leuchtdioden (OLED). Mittels Zumischen von alpha-sexithiophene (6T) kann die Emission der OLEDs beeinflusst werden. Durch das Wachsen von dünnen Schichten von PSP und 6T als Heterostruktur (Schichtstruktur: PSP, 6T, PSP, 6T, PSP, 6T, ...) kann das Verhältnis von PSP zu 6T präzise adjustiert werden. Die Emission wird beeinflusst vom Verhältnis PSP zu 6T und der Größe der Grenzfläche aufgrund des Förster Energie Transfers. Als Ergebnis der Kombination von PSP und 6T in einer OLED-Struktur konnte eine präzise Farbregelung1 des emittierenden Lichtes demonstriert werden.

Weiters sollten im Zuge meiner Diplomarbeit grundlegende Wachstumsstudien von organischen Molekülen durchgeführt werden. Als Material wurde 3,8-Bis(phenylethynyl)- [1,10]-Phenanthrolin (PEPEP) verwendet, welches mittels HWE auf Muskovite Mica als Substrat aufgedampft wurde. Hierbei konnte bereits bestimmt werden dass PEPEP auf Mica keinen geschlossenen Film sondern längliche Kristalle ausbildet. Diese kristallinen Inseln sind zufällig verteilt, zeigen jedoch eine orientierte Ausrichtung aufgrund des kristallinen Substrates. Der Prozess des Inselwachstums soll in meiner Diplomarbeit genauer untersucht und beschrieben werden. Hierbei sind weiterführende Charakterisierungen nötig die an der Fudan University in Shanghai durchgeführt werden konnten.

Konferenzteilnahme

Es bot sich die Möglichkeit an einer Konferenz auf dem Gebiet des Kristallwachstums “International Conference on Crystal Growth and International Conference on Vapor Growth and Epitaxy ICCG-16/ICVGE-14” vom 8. bis 13. August 2010 in Peking, China teilzunehmen. Das Themengebiet der Konferenz war breit gefächert und umfasste auch das Kernthema meiner Diplomarbeit, das Wachstum von organischen Kristallen. Während vieler interessanter Vorträge über aktuelle Wachstums- und Charakterisierungsmethoden und Anwendungsgebiete unterschiedlichster organischer Kristalle konnte ich mir einen Überblick über verschiedenste Ansatzpunkte zur Forschung an diesem Thema verschaffen, für mich neue Materialen wurden vorgestellt und diskutiert. Weiters hatte ich die Möglichkeit während der Postersession meine bisherigen Ergebnisse zu präsentieren und sowohl mit Jungwissenschaftlern als auch mit Professoren, darüber zu diskutieren. Ich konnte wichtige Kontakte zu anderen Forschungsgruppen auf dem Gebiet des organischen Kristallwachstums knüpfen. Der Austausch mit anderen Wissenschaftlern ermöglichte mir andere Blickwinkel auf mein Diplomarbeitsthema und bereicherte meine Arbeit. Allgemein würde ich diese Konferenz als großen Nutzen sowohl für mich persönlich als auch für meine Arbeit bezeichnen. Ein Highlight am Ende der Konferenz war der Besuch der großen chinesischen Mauer nördlich von Peking.

Forschungsaufenthalt

Im Anschluss an die Konferenz trat ich einen fünfmonatigen Forschungsaufenthalt an der Fudan University in Shanghai, China an. Unter der Anleitung von Prof. Zhenyang Zhong vom Institut für Oberflächenphysik konnte ich die experimentelle Charakterisierung von bereits an der JKU gewachsenen PEPEP-Kristallen weiterführen.

Ergebnisse

Für eine genaue Beschreibung des Prozesses des Inselwachstums mussten weitere Charakterisierungsstudien durchgeführt werden. Fluoreszenz-mikroskopische Untersuchungen für die optische Charakterisierung wurden bereits im Vorfeld durchgeführt. Die Morphologie der Kristalle konnte nun mittels Atomic Force Mikroskop (AFM) gemessen werden. Die genaue Struktur der Kristalle zu charakterisieren ist nötig um den Kristallisationsprozess der einzelnen Inseln zu bestimmen. Weiters wurden intensivere Studien mit verschiedenen Probenserien durchgeführt, um den Einfluss von Wachstumsrate, Aufdampfzeiten und Substrattemperatur auf das Inselwachstum zu bestimmen. Es ist wichtig zu verstehen welche Parameter für das Wachstums ausschlaggebend sind, um den Kristallinitätsgrad zu optimieren, welcher wiederum einer der wichtigsten Faktoren für eine spätere Anwendung des Materials ist. Ferner konnten weitere bereits in Linz gewachsene Proben mit PEPEP-Abwandlungen an der Fudan University gemessen werden. Bei diesen Proben handelte es sich sowohl um organische Abwandlungen als auch um PEPEP-Metallierungen (Rhenium und Ruthenium). Am neuen Campus der Fudan University konnten Photolumineszenzmessungen durchgeführt werde. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine kleine chemische Abwandlung der Moleküle einen geringen Einfluss auf die Fluoreszenz im sichtbaren Bereich der Moleküle hat, jedoch einen großen auf die Morphologie der wachsenden Schichten. Weiters hatte ich die Möglichkeit einen weiteren Wachstumsprozess kennen zu lernen. Die Gruppe von Prof. Zhenyang Zhong wächst mittels Molecular Beam Epitaxy (MBE) Silizium/Germanium Quantendots (Si/Ge Qds) auf vorstrukturierten Substraten2. Eine MBE arbeitet im Gegensatz zu einer HWE-Anlage auf Grund des offenen Systems nicht am thermodynamischen Gleichgewicht. Beide von mir erlernten Methoden (HWE, MBE) sind Epitaxiemethoden, welche die hohe Qualität der kristallinen Schichten ermöglicht. Für das Wachstum in einer MBE-Anlage ist ein Ultrahochvakuum nötig. Somit hatte ich die Möglichkeit den Umgang mit Ultrahochvakuum kennen zu lernen. Ich konnte nun auch mein theoretisches Wissen über verschiedenste Wachstumsprozesse bei der Arbeit auch praktisch erweitern. Am Institut fanden während meines Aufenthaltes wöchentlich interessante und lehrreiche Vorträge von Gastprofessoren aus aller Welt statt, an denen auch ich teilnehmen und mit diskutieren konnte.

Persönliche Eindrücke vom Arbeitsleben

In der Wissenschaft sind Arbeitsgruppen an einem Forschungsthema weltweit verstreut. Um so wichtiger ist es die Arbeitsweise in einer für mich fremden Kultur kennenzulernen und weiters verstehen zu lernen. Viele Probleme entstehen auf Grund eines Kulturunterschiedes der auch eine andere Arbeitsweise beinhaltet. China ist was diesen Unterschied betrifft ein extremes Beispiel, doch gerade deshalb konnte ich viel im Umgang mit meinen Kollegen lernen. Zusammenfassend möchte ich erwähnen, dass ein Auslandsaufenthalt mit all den neuen und fremden Eindrücken den Blick auf die Welt sowohl im privaten als auch im beruflichen Umfeld weitet und eine unvergessliche Erfahrung bleiben wird.

Bibliographie

[1] G. Hernandez-Sosa, C. Simbrunner, H. Sitter; App. Phys. Lett., 95, 013306 (2009)

[2] Yanwu Chen, Bingying Pan, Tianxiao Nie, Peixuan Chen, Fang Lu, Zuimin Jiang and Zenyang Zhong Nanotechnology 21 (2010) 175701