Erzeugung organischer Halbleiter-Nanostrukturen durch Festphasenbenetzung

Die vorliegende Arbeit behandelt Fragen aus dem interdisziplinären
Gebiet der Nanowissenschaften durch Untersuchungen mittels
Rastertunnelmikroskopie und Computerchemie. Sie steht im Kontext
der Entwicklung nanotechnologischer Herstellungsverfahren, die sich
auf die "bottom-up"- Fertigungsstrategie beziehen. Diese Strategie
verfolgt das Ziel, aus einzelnen elementaren Bausteinen (z.B.
Molekülen) grössere funktionelle Strukturen und Systeme
kontrolliert zusammenzusetzen. Kern dieser Arbeit ist die
Vorstellung eines neuartigen Strukturbildungsprozesses auf
molekularer Ebene und die Erschliessung dessen Potentials. Für
diesen Prozess wird der Begriff "supramolekulare
Festphasenbenetzung" vorgeschlagen. Damit wird ausgedrückt, dass
die Ergebnisse als eine neue Bedingung für supramolekulare,
spontane Strukturbildung (engl. self-assembly) interpretiert
werden, die bei Raumtemperatur an der Grenze zwischen zwei festen
Phasen stattfindet. Das vorgestellte Modell beschreibt diesen
Prozess durch Nanokristalle, die – in einer Matrix suspendiert –
bei Kontakt mit einer Kristalloberfläche ein Verhalten zeigen, das
trotz vorhandener Festkörpereigenschaften (kristalline Ordnung) dem
Verhalten flüssiger Tropfen bei der Benetzung von Oberflächen
verwandt ist. Darauf aufbauend wird das technologische Potential
des neuen Prozesses erschlossen: 1. Adsorbatstrukturen von einer
Reihe organischer Halbleiter werden erstmals beschrieben. Damit
wird zudem gezeigt, dass sich durch supramolekulare
Festphasenbenetzung unlösliche Halbleitermoleküle sehr einfach und
unter Umgebungsbedingungen geordnet adsorbieren lassen – ein
Ergebnis, das sonst nur mit grossen Aufwand (z.B.
Molekularstrahlepitaxie im Vakuum) möglich wäre. 2. Ein
Erklärungsmodell wird entwickelt, mit dem sich die bislang
unverstandene Möglichkeit molekularer Datenspeicherung mittels
PTCDA- Moleküle theoretisch erklären und auf weitere, unter (1)
vorgestellte Moleküle erweitern lässt. 3. Die Entwicklung eines
Nanofabrikationskonzeptes wird vorgestellt, das eine lokale
Kontrolle des Wachstums von Nanostrukturen ermöglicht. Der Vorteil
gegenüber einer klassischen, Molekül für Molekül durchgeführten
Nanostrukturierung liegt darin, dass durch die Spitze eines
Rastertunnelmikroskops allein die Information über
Wachstumsrichtungen in das System lokal einzubringen ist, die
eigentliche Bildung der Strukturen jedoch durch selbständig
ablaufende und somit qualitativ und zeitlich hoche¢ziente
Wachstumsprozesse stattfindet ("geführtes Wachstum"). Damit lässt
sich die bisherige Beschränkung von self-assembly auf streng
periodische Strukturen durchbrechen und die vordefinierte Bildung
komplexer Strukturen erreichen. 4. Ein Verfahren wird vorgestellt,
das eine lokale Adsorption von Molekülen zu geordneten Schichten
innerhalb einer Lage fremder Moleküle erlaubt und somit den Aufbau
heterogener Adsorbatschichten ermöglicht.