Scanning probe investigations of morphology of new p-type material for organic field-effect transistors

Organic electronics is a fast growing fi eld of research and technological developments. First applications based on organic electronics have been available on the market for a couple of years, so high resolution colour displays based on organic light-emitting devices are used in digital cameras or mobile phones. Efforts are still going on to find better materials and for a better understanding structure property relationships of organic semiconductors. Although exemplary applications have been realized from polymers and amorphous layers of evaporable molecular materials, crystalline organic semiconductors receive intense attention because the charge-carrier mobilities in these materials are much higher than in polymers or amorphous layers. After optimizing the electronic properties of organic devices (e.g. organic field-effect transistors or organic light emitting diodes) and demonstration of fundamental devices, attention has turned to morphology and composition of the films. Understanding and controlling the morphology of organic films will have a signifi cant impact on the performance of organic-based devices, e.g. by minimizing the number of grain boundaries in the active region of an organic fieldeffect transistor (OFET

Advanced Nanophotonics: Silicon-Organic Hybrid Technology

Integrated photonic devices have gained increasing research interests. Especially silicon photonics have become very attractive for various optical applications. Using silicon-on-insulator as a material platform provides the ability to fabricate photonic devices with electronic devices on a single chip. Driven by substantial research investments, the integration of photonic devices on silicon-on-insulator substrates has reached a degree of maturity that already permits industrial adoption. However, silicon has the disadvantage of linear electro-optical effects, and, therefore, advanced modulation formats are difficult to realize when using silicon-based high-speed modulators. Hence, a new approach was proposed: the silicon-organic hybrid technology. This technology is a viable extension of the silicon-on-insulator material system for efficient high-speed modulation. We herewith present our theoretical and experimental investigations of the silicon-organic hybrid slot-waveguide ring resonator. The advanced device design is described in detail, which allows using both, the efficient silicon-on-insulator strip-waveguides and the silicon-organic hybrid slot-waveguides in single ring resonator. For the first time, we report the transmission spectra of such a resonator covered with an electro-optical polymer.Integrierte photonische Bauelemente werden in der Forschung immer bedeutender. Besonders die Siliziumphotonik ist für verschiedene optische Anwendungen sehr attraktiv. Die Verwendung von Silizium-auf-Isolator-Materialsystemen bietet die Möglichkeit, photonische Bauelemente mit elektronischen Geräten auf einem einzelnen Chip zu entwickeln. Durch erhebliche Forschungsinvestitionen hat die photonische Integration auf Silizium-auf-Isolator-Substraten einen Reifegrad, der bereits Industriemaßstäben genügt. Jedoch hat Silizium keinen linearen elektrooptischen Effekt und damit sind moderne Modulationsformate nur schwierig zu realisieren. Daher wird seit eingen Jahren ein neuer Ansatz, die Silizium-Organik Hybridtechnologie, verfolgt. Diese Technologie ist eine tragfähige Ausdehnung des Silizium-auf-Isolator-Materialsystems für eine effiziente Hochgeschwindigkeitsmodulation und optische Signalverarbeitung. In diesem Artikel präsentieren wir unsere theoretischen und experimentellen Untersuchungen zu einem Silizium-Organik Hybrid Ringresonator. Das Design und die Herstellung des neuartigen nanophotonischen Bauelements werden im Detail beschrieben. Der demonstrierte Ringresonator kombiniert die Vorteile zweier verschiedener Wellenleiterarten in einem einzelnen Ring, dem verlustarmen Kanal-Wellenleiter und dem Silizium-organischen Hybridschlitzwellenleiter. Wir demonstrieren erstmals ein Transmissionsspektrum eines solchen Ringresonators, der mit einem elektro-optischen Polymer beschichtet ist

On-Chip Dispersion Measurement of the Quadratic Electro-Optic Effect in Nonlinear Optical Polymers Using a Photonic Integrated Circuit Technology

A novel method to determine the dispersion of the quadratic electro-optic effect in nonlinear optical materials by using a silicon-on-insulator microring resonator is presented. The microring consists of a silicon slot waveguide enabling large dc electric field strength at low applied voltages. The dispersion of third-order hyperpolarizability of a linear conjugated dye is approximated by using a two-level model for the off-resonant spectral region. As an example, the dispersion of the resonance wavelength of the resonator filled with a dye doped polymer was measured in dependence of the applied dc voltage. The polymer was poly (methylmethacrylate) doped with 5 wt% disperse red 1 (DR1), and the measurements have been carried out at the telecommunication wavelength band around 1550 nm (optical C-band). The described measurements represent a new technique to determine the dispersion of the third-order susceptibility and molecular hyperpolarizability of the material filled into the slot of the ring-resonator. © 2019 IEEE

Analyse komplexer biologischer Proben mittels oberflächenverstärkter Ramanspektroskopie (SERS)

Diese Studie beschäftigt sich mit dem Nachweis biologischer Proben mit Hilfe der Raman-Mikroskopie. Um ausreichende Signalintensitäten auch bei niedrigen Konzentrationen zu erhalten, wurde insbesondere der Effekt der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS) näher untersucht. Als Proben dienten DNA aus Hering-Sperma und das Protein Albumin. Zur Verstärkung des Raman-Spektrums wurden zwei unterschiedliche Methoden verwendet. Zum Einen wurden in einem chemischen Reduktionsprozess Nanosilberpartikel hergestellt und den biologischen Proben zugemischt. Zum Anderen wurden mit Hilfe laserangeregter periodischer Oberflächenstrukturierung (LIPSS) erzeugte nanostrukturierte Silberoberflächen als Substrate für die Proben verwendet. Diese Methode wurde bislang nicht für die SERS-Analyse biologischer Proben eingesetzt. Erste hier präsentierte Messungen zeigen, dass beide Verfahren signifikante SERS-Verstärkungen liefern und potentiell leistungsstarke Methoden für die zerstörungsfreie Analyse biologischer Proben darstellen

Großflächige Abscheidung von Graphen - Ein wichtiger Schritt für neuartige Bauelemente

Das wachsende Interesse an Graphen beruht auf seiner unverwechselbaren Bandstruktur und seinen damit zusammenhängenden herausragenden physikalischen Eigenschaften. Es wird daher weltweit nach einem Verfahren gesucht, Graphen großflächig und mit hoher Qualität abzuscheiden. In einer an der TH Wildau [FH] speziell für diese Aufgabe konzipierten Reaktionskammer wurde die Herstellung mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf katalytischen Metalloberflächen für verschiedene Parameter studiert und deren Verträglichkeit mit der CMOS -Technologie untersucht. Die ersten Tests erfolgten auf Nickel, da hier eine im Volumen stattfindende katalytische Reaktion einsetzt. In weiteren Schritten fiel die Wahl auf Kupfer, da hier die Reaktion an der Oberfläche stattfindet und daher ein stabilerer Prozess realisiert werden konnte. Die Qualitätsprüfung der erzeugten Schichten erfolgte mittels Ramanspektrometrie

The role of substrate temperature and magnetic filtering for DLC by cathodic arc evaporation

Diamond-like carbon (DLC) films were deposited using two different types of high current arc evaporation. The first process used a magnetic particle filter to remove droplets from the plasma. For the second process, the samples were put into a metallic cage which was placed directly above the plasma source. For both processes, we varied the substrate temperature from 21 to 350 °C in order to investigate the temperature effect. The samples were characterized using SEM, AFM, XPS, Raman Spectroscopy, Ellipsometry, Photometry, and Nano Indentation in order to compare both methods of deposition and provide a careful characterization of such DLC films. We found that the sp3 content and the hardness can be precisely adjusted by changing the substrate temperature. Furthermore, in the case of unfiltered deposition, the optical constants can be shifted in the direction of higher absorbance in order to produce black and hard carbon coatings. © 2019 by the authors

Theorie der Modenlinienspektroskopie zur optischen Charakterisierung von Polymerschichten

Die Modenlinienspektroskopie kann zur hochpräzisen Charakterisierung von Polymerschichten bezüglich des Brechungsindex verwendet werden. Das vorliegende Manuskript behandelt die Theorie der Modenlinienspektroskopie und beginnt dabei mit den theoretischen Grundlagen eines planaren Wellenleiters, die zum Verständnis der Modenlinienspektroskopie notwendig sind. Die hier präsentierten expliziten Herleitungen können genutzt werden, um die Modenlinienspektroskopie so zu modifizieren, dass auch die Messung des Pockelseffektes möglich ist. Eine Anwendungsmöglichkeit soll in der zukünftigen Bestimmung des Pockelskoeffizienten bestehen, der für die Weiterentwicklung von polymerbasierten elektrooptischen Modulatoren benötigt wird. Zudem werden der Aufbau und die experimentelle Herangehensweisen beschrieben und die Brechungsindexbestimmung wird exemplarisch am Beispiel einer Wirt-Gast-Polymerschicht demonstriert.M-Line spectroscopy can be used for high precision measurements of polymer layers. The present manuscript deals with the theory of m-line spectroscopy and thus begins with the theoretical background of a planar waveguide structure, which is necessary for a deeper understanding of m-line spectroscopy. The explicit derivations presented here can be used to modify the m-line spectroscopy in such a way that the measurement of the Pockels effect is also possible. One application is to be obtained in the future configuration of the Pockels coefficients, which is needed to optimize electro-optical modulators. In addition, the set-up and the experimental approach are described. Finally, a host-guest polymer layer is experimentally characterized in terms of the refractive index

Nonlinear Optical Characterization of CsPbBr3 Nanocrystals as a Novel Material for the Integration into Electro-Optic Modulators

The present work is concerned with the investigation of the nonlinear optical response of green emissive CsPbBr3 nanocrystals, in the form of colloidal dispersions in toluene, synthesized via a room-temperature ligand-assisted supersaturation recrystallization (LASR) method. After carrying out a preliminary characterization via X-Ray Diffraction (XRD) and Absorption and Photoluminescence (PL) Spectroscopies, the optical nonlinearity of the as-obtained colloids is probed by means of a single-beam Z-scan setup. Results show that the material in question, within the sensitivity of the experimental apparatus, exhibits a nonlinear refractive index n2 that is the order of 10-15 cm2/W. Moreover, a three-photon absorption mechanism (3PA) is postulated, according to the fitting of the recorded Z-scan traces and the fundamental absorption threshold, which turns out to be off resonance with twice the energy of the laser radiation. A figure of merit is, then, calculated as an indicator of the quality of the CsPbBr3 nanocrystals as a candidate material for photonic devices, for instance, Kerr-like electro-optic modulators (EOMs)

Novel UV-transparent 2-component polyurethane resin for chip-on-board LED micro lenses

In this work we present a novel optical polymer system based on polyurethane elastomer components, which combines excellent UV transparency with high thermal stability, good hardness, high surface tension and long pot life. The material looks very promising for encapsulation and microlensing applications for chip-on-board (CoB) light-emitting diodes (LED). The extinction coefficient k, refractive index n, and bandgap parameters were derived from transmission and reflection measurements in a wavelength range of 200-890 nm. Thermogravimetry and differential scanning calorimetry were used to provide glass transition and degradation temperatures. The surface tension was determined by means of contact angle measurements. As proof of concept, a commercial InGaN-CoB-LED is used to demonstrate the suitability of the new material for the production of microlenses. © 2020 Optical Society of America