Transporteigenschaften und spinabhängige Leitfähigkeit in organischen/anorganischen Halbleiterschichtsystemen: GaAs/PTCDA

In dieser Arbeit wurden die Transporteigenschaften eines Probensystems untersucht, das aus dem organischen Farbstoff PTCDA und dem anorganischen Halbleiter GaAs besteht. Ein wesentlicher Gegenstand war hierbei die Untersuchung der spinabhangigen Transportprozesse im organischen Material, bei der die Methode der elektrisch detektierten Elektronenspinresonanz (EDESR) eingesetzt wurde. Es konnte dadurch gezeigt werden, das die resonante Absorption von Mikrowellenleistung zu einer deutlichen Anderung der Probenleitfahigkeit fuhrt (dR/R<=4e-4) und diese Leitfahigkeitsanderung im PTCDA erfolgt. Die beobachtete Erhohung der Leitfahigkeit in Resonanz kann gut durch ein spinabhangiges hopping-Modell fur Ladungstrager erklart werden, dem ein spinabhangiger Tunnelprozes zugrunde liegt. Als hopping-Zentren werden paramagnetische Fallenzustande in PTCDA diskutiert. Ein konsistentes Modell der spinabhangigen Effekte konnte nur mit zusatzlichen Informationen aus anderen Mesverfahren gefunden werden. So wurden Messungen der magnetfeldabhangigen Leitfahigkeit, der spannungs- und frequenzabhangigen Kapazitat, der Photospannung und der Strom-Spannungskennlinie durchgefuhrt. Als besonders aufschlusreich erwiesen sich die Kennlinienmessungen, bei denen ein sehr deutlicher Einflus von Ladungstragerfallen im PTCDA gefunden wurde. Weiterhin ergab sich, das der Ladungstransport in PTCDA raumladungsbegrenzt erfolgt und der Dunkelstrom ausschlieslich von Lochern getragen wird. Aus den Photospannungsmessungen wurde der Verlauf der relevanten Transportenergieniveaus in der Probe bestimmt, sowie die Diffusionslange der photogenerierten Exzitonen in PTCDA. Die Kapazitatsmessungen bestatigen die aus den Kennlinien bestimmten Fallenkonzentrationen in PTCDA und zeigen, das das elektrische Verhalten der Proben durch eine einfache Ersatzschaltung beschrieben werden kann. Die starke Abhangigkeit der Leitfahigkeit vom auseren Magnetfeld (dR/R<=3e-3) wurde bei PTCDA erstmals beobachtet. The transport properties of a semiconductor system consisting of the organic dye PTCDA and the inorganic semiconductor GaAs were investigated in this work. An important part was the research on spin-dependent transport processes in the organic material, where the electrically detected electron spin resonance (EDESR) was used as a detection method. It was shown that the resonant absorption of microwave power results in a significant change of the sample conductivity (up to dR/R=3e-3) an this change is caused by PTCDA. The observed increase of conductivity in resonance is explained in a spin-dependent hopping-model, which is based on a spin-dependent tunneling-process. Paramagnetic traps in PTCDA are discussed as the hopping centres. Additional information from other experimental methods were necessary to find a consistent model for the spin-dependent effects. Therefore measurements of the magnetic field dependent conductivity, the voltage and frequency dependent capacity, the photovoltage and the current-voltage characteristics were performed. These useful current-voltage characteristics were influenced very clearly by carrier traps in PTCDA. A further result is that the current is space charge limited in PTCDA and the dark current is generated by hole transport. The bending of the relevant transport energy levels in the sample and the diffusion length of the photogenerated excitons in PTCDA were determined from the photovoltage measurements. The validity of a simple equivalent circuit for the electrical behaviour of the samples is shown in capacity measurements, which confirmed the trap concentrations in PTCDA obtained from the current-voltage characteristics. A strong dependence of the conductivity on the external magnetic field (dR/R=3e-3) is observed for the first time at PTCDA.