Thin film growth

Crystalline thin film growth in anisotropic mixtures: a combined approach by experiment, theory and simulation

01.06.2015 bis 31.05.2018

Mittels eines kombinierten experimentellen, theoretischen und simulationsbasierten Zugangs werden wir das Wachstum dünner Schichten auf Substraten in Mischungen anisotroper Teilchen
untersuchen. Ein erstes zentrales Ziel ist das Verständnis
der Physik des Übergangs zwischen Wachstum nahe am Gleichgewicht und kinetisch determiniertem Wachstum mittels der Analyse geeigneter vergröberter Modelle, die durch verschiedene theoretische und
simulationsbasierte Methoden auf unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen untersucht werden sollen. Erkenntnisse und Resultate aus diesen Untersuchungen sollen auf die experimentellen Systeme
(zweikomponentige Mischungen organischer Halbleiter auf
verschiedenen Substraten, die sich in ihrer attraktiven
Wechselwirkung mit den organischen Molekülen unterscheiden)
angewandt werden. Diese experimentellen Systeme sind
in Bezug auf Anwendungen im Bereich der organischen Elektronik relevant. Wir zielen auf ein Verständnis des Wachstums in diesen Systemen
im Kontext ihrer Oberflächenthermodynamik und -phasendiagramme. Die Oberflächenphasendiagramme werden ein zentrales Resultat der
theoretischen und simulationsbasierten Zugänge sein.
Das zweite zentrale Ziel besteht in der Kontrolle über
Strukturen während des anisotropen Filmwachstums durch Variation der Substrattemperatur und des Wachstumsratenprotokolls.
Diese Kontrolle wiederum soll aus dem Verständnis des Einflusses der Bulk- und Oberflächenthermodynamik der anisotropen Materialien erwachsen.

Die Untersuchungsmethoden in diesem Antrag sind:
(i) klassische Dichtefunktionaltheorie auf Basis der Fundamentalmaßtheorie
als ideales Werkzeug für die Bestimmung von Bulk- und Oberflächenthermodynamik
in vergröberten Modellen anisotroper Mischungen,
(ii) Gitter- und Kontinuumssimulationen zur Bestimmung von Phasendiagrammen und der Einbeziehung unterschiedlicher Zeit- und Längenskalen,
(iii) oberflächensensitive Echtzeit-Streutechniken (Röntgenreflektometrie, Röntgenbeugung unter streifendem Einfall/diffuse Streuung) kombiniert
mit Rasterkraftmikroskopie nach Wachstumsende zur Charakteriserung der gewachsenen Strukturen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem
ineinandergreifenden Zugang: mittels Theorie und Kontinuumssimulationen werden Phasendiagramme und Parameter für vergröbertere Gittersimulationen (Kinetisches Monte Carlo) bestimmt, und Experimente
werden unter Bedingungen in der Nähe von entsprechend bestimmten Oberflächenphasenübergängen durchgeführt. Dadurch erwarten wir, ein umfassendes Bild für das Wachstum in solchen Systemen zu erhalten.