Spiehl, Dieter (2015)
Thermosublimationsdruck von funktionalen Materialien am Beispiel von Metalloxiden aus metallorganischen Präkursoren.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Aufgrund ihrer Transparenz und hohen elektrischen Leistungsfähigkeit sind dünne Schichten aus Metalloxiden für Transistoren in der Displaytechnologie interessant. Stand der Technik ist deren Herstellung durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung. Druckverfahren werden alternativ zur kostengünstigen Herstellung untersucht, weisen aber vor allem durch die eingesetzten Lösemittel Nachteile auf. In dieser Arbeit werden erstmals metallorganische Präkursoren im Thermosublimationsdruck zur Herstellung von Schichten aus Metalloxiden eingesetzt. Der Thermosublimationsdruck kombiniert die Vorteile der existierenden Herstellungsverfahren und bietet zusätzlich eine digitale Strukturierung. Nach der Definition von Anforderung an die zu nutzenden Materialien und den Versuchsaufbau, erfolgt die Auswahl von sublimierbaren und kommerziell erhältlichen Präkursoren vom Typ der β Diketonate. Mit den daraus hergestellten Materialbändern, einem handelsüblichen Thermodruckkopf und einem entwickelten Versuchsaufbau werden Schichten aus Metalloxiden hergestellt. Verschiedene Beispiele für Leiter, Halbleiter, sowie Dielektrika werden mit dem entwickelten Prozess realisiert und einer elektrischen und mikroskopischen Charakterisierung unterzogen. Die dabei erreichten elektrischen Kennwerte, wie spezifischer Widerstand, Mobilität oder relative Permittivität, sind mit Ergebnissen aus der Herstellung per Druck- und Beschichtungsverfahren in der Literatur vergleichbar und erfüllen teilweise sogar die hohen Anforderungen für einen Einsatz in modernen Displays. Zusätzlich erfolgt eine umfangreiche Analyse der Vorgänge im Thermosublimationsdruck von metallorganischen Präkursoren, um den Einfluss der verschiedenen Prozessparameter auf die erzeugte Geometrie zu untersuchen. Die erkannten Zusammenhänge werden anhand der Wärmeausbreitung im System beschrieben. Die verwendeten β Diketonate zeigen laut Literaturangaben bei der Sublimation oft gleichzeitig eine Zersetzung zum Metalloxid. Der Zersetzungsprozess wird mit Hilfe verschiedener Analysemethoden, vor allem der thermogravimetrischen Analyse und der Röntgenphotoelektronenspektroskopie, auch für den Thermosublimationsdruck gezeigt. Dabei werden alle Zwischenprodukte entlang der Herstellungskette vom Präkursor zum Oxid untersucht. Am Beispiel des Präkursors Zink-Acetylacetonat wird der Zersetzungsvorgang in Form einer Abspaltung des Liganden und Bildung des Oxids in einem Reaktionsschritt aufgeklärt. Der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf diese Zersetzung wird untersucht. Hier ist die maximale erreichte Temperatur an der Oberfläche des Trägers das entscheidende Kriterium für den Grad der Zersetzung. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse dieser Arbeit wird durch die Verwendung verschiedener Präkursoren und einen alternativen Thermodruckkopf sichergestellt.

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