View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

MEAs mit EGaIn Tropfenelektroden 43
109, 110]. Es wird davon ausgegangen, dass die Barrierenhöhe unabhängig von der Länge
des Moleküls ist [111]. Der absolute Wert schwankt dabei jedoch deutlich zwischen den
Ergebnissen aus verschiedenen Arbeiten. Die hier erhaltene Werte des Simmons-Fits von
Φ=1.5 eV und α =0.6 passen daher zu den Ergebnissen anderer Gruppen.
Eine zusätzliche Möglichkeit zur Analyse der I-V Kurven bietet die Darstellung als Transition
Voltage Spectrum (TVS). Abbildung 4.4 C) zeigt einen solchen Graphen der Daten
aus Abb. 4.4 B). Die Asymmetrie in den Messdaten zwischen negativem und positivem
Spannungsbereich tritt hier besonders deutlich hervor. Auch sind deutliche Knicke in den
Kurven zu erkennen. Da die Anpassung der Kurven nach Simmons keine Asymmetrien
erlaubt, kann die rote Kurve als das Mittel zwischen positivem und negativem Spannungsbereich
gesehen werden. Das Minimum der Simmonsgleichung liegt hier bei V trans =0.75 V
(⇔ x min =1.333V −1 ). Prinzipiell wird durch diesen Graph ein Wechsel vom direkten Tunneln
zum Fowler-Nordheim Tunneln ersichtlich. Direktes Tunneln ist bei Alkanthiolen der
erwartete Mechanismus des Ladungstransports [104], was durch diese Daten bestätigt wird.
Der Übergang zum Fowler-Nordheim Tunneln ist daher eine logische Konsequenz nach der
Simmons-Theorie. Die Bedeutung des Übergangspunktes V trans ist nicht eindeutig geklärt.
Von Beebe et al. wird eine lineare Abhängigkeit zwischen V trans und der Barrierenhöhe
Φ vorhergesagt, während Huisman et al. eine Abhängigkeit der Form V trans ∼ √ Φ sehen
[14, 12]. Weiterhin ist der Einuss der Barrierendicke ein Diskussionspunkt. Beebe et al.
erwarten hier keine Abhängigkeit, wobei in der Arbeit von Huisman et al. verschiedene
Abhängigkeiten diskutiert werden. Von Song et al. wurde der Übergangspunkt von kürzeren
Alkanthiolen (C8 - C12) und bei niedrigen Temperaturen (4K) zu V trans = 1.9 V
bestimmt[112]. Weiterhin wurde ebenfalls von Song et al. eine lineare Abhängigkeit von
V trans von der Moleküllänge für Benzenedithiol-Ketten gezeigt [113]. Auf der anderen Seite
nden Beebe et al. für Alkanthiole der Kettenlänge C6 bis C18 ein kostantes V trans bei
1.2 V. Jedoch wurden diese Werte durch Techniken mit Punktkontakten bestimmt, was im
Vergleich zu Flächenkontakten auf Grund unterschiedlicher Bildladungspotentiale zu anderen
Ergebnissen führen kann [114]. Der hier bestimmte Übergangspunkt V trans =0.75 V
liegt deutlich unter Werten anderer Gruppen. Da hier ein vergleichsweise langes Molekül
untersucht wurde, bestärken diese Ergebnisse eine Abhängigkeit zwischen V trans und der
Moleküllänge, wie es von Simmons et al. dargestellt wird.
Neben ODT wurden SAMs des Moleküls Amino-hexaethylenglykol-Undecanthiol (HS −
(CH 2 ) 11 − (O − CH 2 − CH 2 ) 6 − NH 2 , Amino-PEG) untersucht. Auf Grund der Anzahl
an C-C Bindungen wird die Moleküllänge zu 3.9 nm abgeschätzt. Damit ist es deutlich
länger als ODT und es wird erwartet, dass Amino-PEG Oberächenkorrugationen besser
ausgleichen kann. Durch die PEG-Gruppe und die Amino-Endgruppe entsteht auch eine
deutliche Asymmetrie in der Molekülstruktur im Vergleich zum ODT. Analog zum ODT
wurden MEAs mit Amino-PEG SAMs beschichtet und I-V Kurven gemessen. Die Ausbeute
der Messungen variierte ebenso wie beim ODT. In Abbildung 4.5 sind stabile I-V Kurven
von Amino-PEG beschichteten MEA Chips gezeigt. Der Elektrodendurchmesser betrug
12 μm und jeder Graph zeigt Kurven einer Elektrode. In Abbildung 4.6 A) ist die entsprechende
Stromdichte dargestellt. Die Kurven benden sich in derselben Gröÿenordnung wie
die Messungen von ODT und zeigen auch Schwankungen im selben Bereich. Anhand der
gemittelten I-V Kurven (Abb. 4.6 B) ist eine signikante Asymmetrie im Verlauf erkennbar.
Dies wurde auf Grund der Molekülstruktur erwartet. Insbesondere die Endgruppen
des Amino-PEG werden als Ursache für den asymmetrischen I-V Verlauf gesehen [16, 17].