Simulation und Modellierung der elektrischen Eigenschaften gedruckter Elektronik

Gedruckte Elektronik ist technologisch komplementär zu Hochpräzisions-Lithographie und zielt auf niedrige Kosten und hohe Prozessgeschwindigkeit. Die Funktionsweise und das Optimierungspotenzial gedruckter Transistoren im Bezug auf Geometrie und Materialien ist Gegenstand aktueller Forschung. In dieser Arbeit wird im ersten Teil ein Simulationsmodell für einen gedruckten Feldeffekt-Transistor (FET) mit vertikalem Leitungskanal aus porösem Metalloxid und mit Elektrolyt als Gate-Kontakt erstellt. Das Modell reproduziert die gemessene Transferkurve und ermöglicht eine Analyse der Stromdichte im Halbleiter. Auch erlaubt es Vorhersagen für andere Morphologien und Dotierkonzentrationen sowie die Korrektur der gemessenen Stromdichte um Randströme, die sich aus der Geometrie ergeben. Im zweiten Teil wird ein Modell basierend auf allen Grenzschicht-Kapazitäten des Gate-Elektrolyts hergeleitet. Es zeigt erstmals eine Abhängigkeit einer DC-Eigenschaft wie der Schwellspannung von den Grenzschicht-Kapazitäten, welche bisher nur mit AC-Eigenschaften wie der Schaltgeschwindigkeit verknüpft wurden. Das Modell liefert eine Erklärung für eine experimentell beobachtete Abhängigkeit der Schwellspannung von der Länge, nicht aber der Breite des Leitungskanals in einem planaren gedruckten FET. Zuletzt wird ein Simulationsmodell für die Ladungsträger- und Exzitonendiffusion sowie deren Erzeugung, Kollision und Vernichtung auf Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) vorgestellt. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass auch bei gepulster Erzeugung der Exzitonen mit einem Laser die experimentell beobachteten verschiedenen Transportregimes damit korrelieren, dass das Exziton-Exziton-Quenching der führende Verlustprozess wird. Auch konnte bewiesen werden, dass in einem symmetrischen System eine asymmetrische Laserposition ausreicht, um eine Vorzugsrichtung einzuführen und einen Netto-Photostrom durch den CNT zu ermöglichen.