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PEDOT:PSS als exibles Interface 57
4.2 PEDOT:PSS als exibles Interface
Eine Ursache für hohe Schwankungen in Tropfen-Elektroden-Experimenten ist eine variierende
Kontaktäche zwischen Elektrode und SAM. Für besseren Kontakt wird eine
exible und leitfähige Zwischenschicht aus leitfähigem Polymer vorgeschlagen. Poly (3,4
ethylenedioxy-thiophene), chemisch dotiert mit Poly(StyreneSulfonate) (PEDOT:PSS), wurde
im Rahmen dieser Arbeit verwendet, da er sich leicht prozessieren lässt und zudem eine
hohe Leitfähigkeit aufweist. Auch wurde PEDOT:PSS bereits erfolgreich als Interface zwischen
Elektroden und SAMs organischer Moleküle verwendet [33, 131, 132].
4.2.1 Morphologie von PEDOT:PSS
PEDOT:PSS ist kommerziell erhältlich. Unter dem Produktnamen Clevios wird es von H.C.
Starck vertrieben [36] und ist in verschiedenen Varianten verfügbar. Es wird in wässriger Lösung
geliefert und lässt sich durch Rotationsbeschichtung auf Substrate aufbringen. Für die
hier gezeigten Versuche wurden die Varianten Clevios P und Clevios PH1000 verwendet.
Clevios P hat laut Datenblatt eine Leitfähigkeit von 10 S/cm, während die Leitfähigkeit
von Clevios PH1000 um Gröÿenordnungen darüber liegen soll 3 .
Alle PEDOT:PSS Filme wurden durch Rotationsbeschichtung und anschlieÿendes Ausheizen
erstellt (s. Protokoll in Anhang C, S.124). Anhand von Bruchkanten wurden Querschnitte
der Schichten elektronenmikroskopisch untersucht und die Schichtdicken bestimmt.
Über die Rotationsgeschwindigkeit beim Beschichten war eine Einstellung der Schichtdicke
in einem Bereich von 80 - 120 nm möglich. Um dünnere Schichten zu erhalten, wurde die
wässrige PEDOT:PSS Lösung in Methanol in den Verhältnissen 2:1, 1:2 und 1:3 verdünnt.
Dadurch wurden Schichtdicken bis unterhalb von 30 nm möglich (vgl. Schichtdicken-Graph
in Abb. B7 in Anhang B, S.120).
PEDOT:PSS Schichten können bis zu einem bestimmten Grad die Topographie einer
Oberäche adaptieren. In Abbildung 4.15 A) ist eine REM Aufnahme einer PEDOT:PSS
Schichte auf einem Kontaktpad gezeigt. Das Kontaktpad besteht aus Gold und ist 40 nm
hoch. Der Polymer kann dieser Struktur problemlos folgen. In Abbildung 4.15 B) ist eine
PEDOT:PSS Schicht auf einer mit Nanosäulen 4 modizierten Elektrode gezeigt. Das
Aspektverhältnis der Nanosäulen ist deutlich gröÿer als bei einem Kontaktpad. Der Polymer
kann dieser Korrugation nicht mehr folgen und es kommt zu einer teilweisen Planarisierung.
Es ist fragwürdig, inwieweit dieser Eekt auch auf atomare Skalen übertragen werden
kann. Jedoch zeigen die Aufnahmen, dass PEDOT:PSS Schichten das Potential besitzen,
eine exible Zwischenschicht zu bilden und evtl. Defekte auszugleichen.
Des Weiteren wurde die Oberäche der Schichten durch AFM untersucht. In Abbildung
4.16 ist eine exemplarische AFM Aufnahme einer 120 nm dicken PEDOT:PSS Schicht gezeigt.
Die Aufnahme ist repräsentativ für alle untersuchten Schichten. Es wurde kein Unterschied
in der Oberächenbeschaenheit zwischen verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten
oder Verdünnungen festgestellt. Zur qualitativen Auswertung der Rauigkeit wurde
neben dem RMS-Wert auch die eektive Oberächenvergröÿerung bestimmt. Die Ergeb-
3 Die Leitfähigkeit von Clevios PH1000 wird vom Hersteller zu 900 S/cm angegeben, wenn 5% Dimethylsulfoxid
(DMSO) zugemischt wird. Jedoch werden keine Angaben zur Leitfähigkeit ohne DMSO
gemacht.
4 Gold-Nanosäulen wurden in anodisierten Aluminiumoxid Substraten entsprechend [133, 134] erstellt.
Die Säulen hatten eine durchschnittlichen Durchmesser, Höhe und Abstand von 50, 200 bzw. 30 nm.