Synthesis and characterization of molecular precursors for the preparation of thin transparent semiconducting oxide films and their application for thin film transistors (TFTs).

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, neue molekulare Precursoren für dünne ITO-, In2O3- und Ga2O3-Filme herzustellen, zu charakterisieren und auf ihre Verwendbarkeit in den Dünnschicht-transistoren (TFTs) als Channel-Material zu testen. Hierzu wurde das trimetallische heteroleptische In(III)-Sn(II)-Alkoxids Br2In{LiSn2 (OCyHex)6} (20) aus [Li(OCyHex)3Sn]2 (16) und InBr3 hergestellt. Die Reaktion von In(OtBu)3 mit Sn(OtBu)2 bzw. Sn[N(SiMe3)2]2 ergab jeweils das neue homoleptische In(III)-Sn(II)-Alkoxid (tBuO)Sn(µ2-OtBu)2In(OtBu)2 (24) bzw. das neue heteroleptische In(III)-Sn(II)-Alkoxid (tBuO)Sn(µ2-OtBu)2 In[N(SiMe3)2]2 (25). Die Precursoren (20), (24) und (25) wurden für die Herstellung von dünnen (30-55 nm) transparenten (85-95 %) Zinn-reichen ITO-Filmen verwendet. Die TFTs mit den Zinn-reichen ITO-Filmen aus diesen Precursoren zeigten gute Elektronenmobilitäten (0.2-1.89 cm2V-1s-1) bei hohen Ion/Ioff–Verhältnissen (106-109). Im zweiten Teil der Arbeit wurden neue In(III)- bzw. Ga(III)-Siloxy-Komplexe hergestellt. Durch die Umsetzung von InMe3 bzw. GaMe3 mit jeweils einem Moläquivalent Et3SiOH bzw. (tBuO)3SiOH wurden heteroleptische Siloxy-Komplexe [Me2In-OSiEt3]2 (29) und [Me2Ga-OSiEt3]2 (32) bzw. isostrukturelle Verbindungen [Me2In-OSi(OtBu)3]2 (30) und [Me2Ga-OSi(OtBu)3]2 (33) hergestellt. (29) lässt sich bereits bei 360°C zu amorphem In2O3 zersetzen. Die TFTs mit dünnen (44-50 nm) transparenten (95 %) In2O3-Filmen zeigten gute Elektronenmobilitäten (0.3 cm2V-1s-1) bei hohen Ion/Ioff–Verhältnissen (108). (30) lässt sich ebenfalls bereits ab 380°C zu amorphem In2O3 zersetzen. (32) und (33) zersetzen sich in trockener Luft bei 380 bzw. 400°C vollständig zu amorphem -Ga2O3. Leider waren die dünnen In2O3- bzw. Ga2O3-Filme, die unter Verwendung von (30), (32) und (33) hergestellt wurden, für die Anwendung in TFTs nicht geeignet.The aim of this work was synthesis and characterization of new molecular precursors for the deposition of thin ITO-, In2O3 and Ga2O3 films. The deposited films were tested for their applicability in the thin film transistors (TFTs) as the channel material. To this end the trimetallic heteroleptic In(III)-Sn(II) alkoxide Br2In{LiSn2(OCyHex) 6} (20) was prepared by reacting [Li(OCyHex)3Sn]2 (16) with InBr3. The reaction of In(OtBu)3 with Sn(OtBu)2 and Sn[N(SiMe3)2]2 yielded the new homoleptic In(III)-Sn(II)-alkoxide (tBuO)Sn(μ2-OtBu)2 (24) and the new heteroleptic In(III)-Sn(II)-alkoxide (tBuO)Sn(μ2OtBu)2In[N(SiMe3)2]2 (25). The precursors (20), (24) and (25) were used for the production of thin (30-55 nm) transparent (85-95%) of tin-rich ITO films. The TFTs with the rich tin-ITO films from these precursors showed good electron mobilities (0.3-1.89 cm2V-1s-1) with high Ion/ Ioff ratios (106-109). In the second part of the work new In (III) and Ga (III) siloxy complexes were prepared. Through the reaction of InMe3 or GaMe3 with one molar equivalent of Et3SiOH and (tBuO)3SiOH, respectively, heteroleptic siloxy complexes [Me2In-OSiEt3]2 (29) and [Me2Ga-OSiEt3]2 (32) as well as isostructural compounds [Me2In-OSi(OtBu)3]2 (30) and [Me2Ga-OSi (OtBu)3]2 (33) were prepared. (29) can be decomposed to amorphous In2O3 at 360 °C. The TFTs with thin (44-50 nm) transparent (95%) In2O3 films showed good electron mobilities (0.3 cm2 V-1 s-1) with high Ion/Ioff ratios (108). (30) can be decomposed at 380 ° C to amorphous In2O3. (32) and (33) decompose completely in dry air at 380 and 400 °C to amorphous Ga2O3. The thin In2O3 and Ga2O3-films that were deposited using (30), (32) and (33) were not suitable for use in TFTs