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Organische Molekularstrahldeposition (OMBD)

Die OMBD (von engl. Organic Molecular Beam Deposition) ist eine Methode mit der man Dünnfilme herstellen kann. Hierbei werden Moleküle aus einem Reservoir verdampft und auf einem Substrat kondensiert. OMBD, die in Ultrahochvakuum stattfindet, hat einige Vorteile. So kann man beispielsweise hohe Reinheit des verdampften Materials erreichen, sowie eine saubere Substratoberfläche gewährleisten. Dies und weitere Eigenschaften machen OMBD zu einer bevorzugten Methode zur Herstellung von dünnen molekularen Dünnfilmen.

Für die OMBD wird ein Molekülreservoir so weit erhitzt, dass die Moleküle in die Gasphase übergehen und durch die Geometrie auf die zu bedampfende Oberfläche gelenkt werden. Wir verwenden dafür Knudsenzellen, die über einen Heizwendel erhitzt werden. Dabei wird die Zellentemperatur so geregelt, dass sich die gewünschte Aufdampfrate ergibt. Durch einen Shutter kann der Molekülfluss zeitgenau gestoppt werden. Die Aufdampfrate wird über eine Quarzkristall-Mikrowaage bestimmt.


Abbildung 1: Schema der Prozesse während Filmwachstums, z.B. Adsorption, (Re-)Desorption, Diffusion, Nukleation und Inselwachstum (aus phys. stat. sol. (a) 201 (2004) Schreiber).

Die OMBD bietet viele Vorteile. So sind im Ultrahochvakuum die Oberflächen einfacher sauber zu halten. Zusätzlich kann auch das Quellmaterial durch vorheriges Ausgasen aufgereinigt werden und so Verunreinigungen durch Materialien mit einer anderen Desorptionstemperatur vermieden werden. Zusätzlich bietet die Regelung der Aufdampfrate über die Zellentemperatur die Möglichkeit die Wachstumsgeschwindigkeit zu variieren und damit Kristallwachstum zu manipulieren. Durch Heizen des Substrates lassen sich während der OMBD die Diffusionsfreiheitsgrade der Moleküle erhöhen, wodurch verschiedene Polymorphismen und Topologien zugänglich sind. Auch ist es möglich definierte Schichtdicken zu erzeugen. Ein weiter Vorteil ist, dass durch den gerichteten Molekülstrahl fast kein Material verloren geht. Außerdem werden unlösliche Molekülklassen zugänglich, die nasschemisch nicht zu präparieren sind.

Das Templat, auf das die Abscheidung des Films erfolgt, beeinflusst dabei das Wachstum und die Orientierung der Moleküle im Film (Templateffekt).


Abbildung 2: Perfluoropentacen (PFP) ordnet sich abhängig vom vorgegebenen Templat (Quarz vs. Graphen) in aufrechter Herringbone oder flach liegender Stapelform an [I. Salzmann et al., ASC Nano, 12, 10874-10883 (2012)]

Die präparierten Dünnfilmsysteme können nach der OMBD auf ihre Eigenschaften untersucht werden. Hierfür stehen uns vielfältige Methoden, wie TDS, XRD, AFM, LEED, STM, NEXAFS, XPS etc. zur Verfügung (zu den Methoden)

Typische Fragestellungen sind:

  • Unter welchen Parametern lassen sich welche Kristallite herstellen?
  • Wie beeinflusst die Substrattemperatur die Topologie des Dünnfilms bei der OMBD?
  • Welche kristalline Phasen sind mit der OMBD zugänglich? 
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