View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

7 Zusammenfassung und Diskussion
In dieser Arbeit wurden Flächenkontakte zwischen organischen Molekülen und metallischen
Elektroden untersucht. Dabei lag der Schwerpunkt auf der technologischen Realisierung einer
Elektroden-Molekül-Elektroden Konguration. In diesem Zusammenhang wurde einerseits
die Technik der Tropfen-Elektroden als Top-Kontakt untersucht. Auf der anderen Seite
wurde eine anwendungsbezogenere Technik in Form von gedruckten Crossbar-Strukturen
entwickelt.
Die Verwendung eines bei Raumtemperatur üssigen Metalls gestattet die Kontaktierung
von Monolagen organischer und biologischer Moleküle, ohne diese zu beschädigen [7, 49].
Die Einführung dieser Technik erlaubte die elektrische Untersuchung selbstorganisierter
Monolagen (engl. Self Assembled Monolayer, SAM) von Alkanthiolen in Elektrode-SAM-
Elektroden Brücken. In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Variante dieser Methode
vorgestellt. Es wurde ein Elektrodenfeld aus Mikroelektroden (engl. Multy Electrode Array,
MEA) auf einem Silizium-Chip als Bottom-Elektrode verwendet. Das Eutektikum aus
Gallium und Indium (EGaIn) bildete die Tropfen-Elektroden. Damit wurde eine parallele
Herstellung von 64 Brücken mit einem einzigen Tropfen ermöglicht.
Es stellte sich heraus, dass die Oberächenbeschaenheit eines MEA Chips die Flieÿeigenschaften
des EGaIn Tropfens bestimmt. Um zu gewährleisten, dass der Tropfen in die
Önungen auf dem MEA Chip einieÿt, war die Hydrophilisierung der Oberäche durch
Sauerstoplasma notwendig. Auch ist die Reinheit der Elektrodenoberäche eine entscheidende
Voraussetzung, um elektrische Untersuchungen von SAMs durchführen zu können.
Insbesondere Ätzrückstände von der Herstellung machten eine intensive Reinigung der
MEA Chips notwendig.
Mit MEA Chips als Bottom-Elektroden in Kombination mit EGaIn als Tropfen-Kontakt
wurde zunächst der Mechanismus des Ladungstransports an Modellmolekülen untersucht.
Dazu wurden die organischen Moleküle 1-Octadecanthiol (CH 3 − (CH 2 ) 17 − SH, ODT)
und Amino-hexaethylenglykol-Undecanthiol (HS − (CH 2 ) 11 − (O − CH 2 − CH 2 ) 6 − NH 2 ,
Amino-PEG) verwendet. Während ODT ein weitgehend symmetrisches und gut untersuchtes
Molekül ist, weist Amino-PEG durch die Kopfgruppe eine Asymmetrie auf. Bei beiden
Molekülen konnten I -V Kennlinien in Elektroden-SAM-Elektroden Brücken gemessen
werden. Die Kurven lassen sich durch das Simmons-Modell beschreiben, wodurch direktes
Tunneln als Transportmechanismus für kleine und mittlere Spannungen identiziert wurde.
Dies entspricht den Erwartungen für Alkanthiole [104]. Die Werte für die Barrierenhöhe
und den Formfaktor von ODT (Φ ODT =1.78 eV und α ODT =0.67) stimmen im Rahmen
der Messgenauigkeit mit anderen Arbeiten überein [108, 109, 110]. Das Amino-PEG zeigt
leicht andere Werte (Φ PEG =1.5 eV und α PEG =0.6) und eine Asymmetrie in der I-V
Kurve. Dies entspricht ebenfalls den Erwartungen, da der Einuss der Endgruppe des Moleküls
hier eine groÿe Rolle spielt [16, 17].
Des Weiteren konnte mit Hilfe der TVS-Darstellung ein Übergang zum Fowler-Nordheim
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