@PhdThesis{duepublico_mods_00047764, author = {Meyer, Sebastian}, title = {Trocknungseffekte in gedruckten metalloxidischen Pr{\"a}kursorvorstufen und deren Einfl{\"u}sse auf Morphologie, Schaltcharakteristik und Prozessierung von D{\"u}nnschichttransistoren}, year = {2018}, month = {Dec}, day = {18}, keywords = {Soluble metal oxides; amorphous oxide semiconductors; electronic materials; inkjet printing; printed electronics; thin-film transistors; back-channel etch configuration; TFT-backplane; display technology}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wird der Inkjet-Druck von molekularen Pr{\"a}kursorformulierungen f{\"u}r zuk{\"u}nftige Display-Produktionsprozesse evaluiert. Zuerst wird der Stabilit{\"a}tseinfluss verschiedener organischer L{\"o}sungsmittel auf eine kommerziell erh{\"a}ltliche indium-basierte Oxo-Alkoholat Pr{\"a}kursorverbindung untersucht. Dabei k{\"o}nnen Designregeln f{\"u}r Hauptl{\"o}sungsmittel und Co-L{\"o}sungsmittel definiert werden, die zu rheologisch stabilen Formulierungen f{\"u}hren. In Druckfenstergraphen k{\"o}nnen Bereiche aufgezeigt werden, in denen eine ideale Verarbeitung der jeweiligen Formulierung ohne Satellitentropfenbildung und maximaler Tropfengeschwindigkeit von >8 m/s garantiert ist. Im weiteren Verlauf werden die zuvor optimierten Funktionstinten in Einzeltropfen verdruckt und die daraus resultierenden Halbleiterd{\"u}nnschichten in Transistor-Bauelementen elektrisch charakterisiert. Die aus der gemessenen Transferkennlinie der Bauelemente extrahierte S{\"a}ttigungsbeweglichkeit der n-Typ Ladungstr{\"a}ger liegt bei 10 cm2/Vs. Im Rahmen der Entwicklung wird zudem festgestellt, wie stark Schichtbildungsph{\"a}nomene bei der Trocknung der Halbleitervorstufe, die finalen elektrischen Eigenschaften der Halbleiterschicht bestimmen. Die bei einem starken Schichtdickenunterschied elektrisch gemessene Doppelcharakteristik im TFT (engl. Thin-Film Transistor) kann mit Hilfe eines Simulationsmodels und der {\"U}berlagerung unterschiedlicher Ladungs-tr{\"a}gerbeweglichkeiten und -konzentrationen erkl{\"a}rt werden. W{\"a}hrend die Oberfl{\"a}chenrauheit der d{\"u}nneren Plateau- und dickeren Ring-Schicht keine nennenswerten Unterschiede aufweist, kann in Letzterer, durch hochaufgel{\"o}ste Transmissionselektronenspektroskopie im Schichtquerschnitt, eine nanokristalline Morphologie festgestellt werden. Es ist wahrscheinlich, dass die Verschlechterung der elektrischen Schichteigenschaften in diesem Bereich auf Streuprozesse der Ladungstr{\"a}ger an Grenzfl{\"a}chen- und Fallenzust{\"a}nden in der Schicht zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. D{\"u}nn getrocknete Halbleiterschichten mit einer Schichtdicke von 4 - 8 nm weisen eine hohe Ladungstr{\"a}gerbweglichkeit auf und sind weitestgehend amorph. Letzteres kann anhand von direkter Elektronenbeugung durch SiNx-Fenster festgestellt werden. Es wird vermutet, dass der durch Sekund{\"a}rionenmassenspektrometrie ermittelte und erh{\"o}hte Restanteil von Chlor-Verunreinigungen in dickeren Schichten, Einfluss auf die Morphologiebildung bei der Konvertierung der Oxidschicht hat. In industriellen Produktionsprozessen sollte die gedruckte Halbleiterschicht m{\"o}glichst homogen mit einer Schichtdicke von 4 - 8 nm hergestellt werden. Durch Verlangsamung der Tropfentrocknung und durch Zugabe von Wasser, kann die inhomogene Trocknung im Einzeltropfen vollst{\"a}ndig unterdr{\"u}ckt und zus{\"a}tzlich eine erh{\"o}hte Druckaufl{\"o}sung mit einem Tropfendurchmesser im Mikrometerbereich erzeugt werden. Es wird vermutet, dass die zu beobachtende r{\"u}ckstandslose Durchmesserrekontraktion der Tropfen bei der Trocknung auf einen induzierten Marangoni-Fluss und auf reduzierte Pr{\"a}kursor-Substrat Wechselwirkung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Die daraus resultierenden Bauelemente weisen schlechte elektrische Eigenschaften auf, welche wiederum auf eine zu dicke Halbleiterschicht und eine nanokristalline Morphologie zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden k{\"o}nnen. Durch eine UV-Ozon Behandlung w{\"a}hrend des Trocknungsvorganges k{\"o}nnen m{\"u}nzen{\"a}hnliche Halbleiterfl{\"a}chen mit einer homogenen Schichtdicke von 4 nm gedruckt werden. Die so hergestellten Schichten sind vollst{\"a}ndig amorph und lassen sich in BCE (engl. Back Channel Etch) Bauelement-Konfiguration verarbeiten. Der hier entwickelte Prozess zur homogenen Verarbeitung von gedruckten metalloxidischen Halbleiterfilmen hat deshalb nicht nur Vorteile in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften der D{\"u}nnschicht, sondern auch auf die weitere Prozessierung in Top-Kontakt Konfiguration. Der BCE Aufbau erm{\"o}glicht eine weitere Vereinfachung bei der Herstellung von TFT-R{\"u}ckwandplatinen und wird zum ersten Mal in Kombination mit einem gedruckten Halbleiterfilm realisiert.}, url = {https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00047764}, file = {:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00046829/Diss_Meyer.pdf:PDF}, language = {de} }