Ανάπτυξη και μελέτη οργανικών και ανόργανων νανοϋλικών με τεχνικές εναπόθεσης ατμών για ηλεκτρονικές διατάξεις

Abstract

Organic Vapor Phase Deposition technology utilizes inert gas (e.g.: N2, Ar) for transporting organic vapors for the deposition of small molecule organic thin films used for organic electronics devices. OVPD technology ensures the homogeneity and uniformity of organic thin films over large areas and it is already on use for high quality organic light emitting diodes (OLEDs) and labscale organic photovoltaics (OPVs). In this work, PPL-OVPD featuring in-situ Spectroscopic Ellipsometry (In-Situ-SE) and Raman Spectroscopy (In-Situ-RS) is used for the deposition of organic thin films over large area (200x200mm) substrates. Investigation of the growth mechanisms, optical and structural properties of organic layers are carried out using in-situ optical tools and methodologies (SE,RS) and supported in addition by ex-situ analytical techniques. Also, Cluster PPL-OVPD connected with Electrode Deposition Chamber (EDC) combine the depositions of inorganic nano-layers and nanostructures finalizing the Top-Electrode system of OE devices. Real-time control of metal material deposition, such as aluminum (Al) and silver (Ag), is facilitated by the guidance and operation of the Vacuum Thermal Evaporation Chamber (VTEC)/EDC (Electrode Deposition Chamber). This process is enriched by the integration of advanced tools, including the Optical Tool RT-SE, the Piezoelectric Tool QCM (Quartz Control Microbalance), and the software tool digital-SE. The RT-SE provides optical insights, the QCM offers precise control using piezoelectric technology, and the digital-SE with MCP Platform introduces sophisticated software capabilities. Mainly scope of this investigation was the comprehensive management of high accuracy deposition process parameters in real-time for inorganic thin films, encompassing a deposition control range from 0.1Å/s to 10 Å/s. The aim was to achieve the desired optical, structural, and electrical properties. Additionally, precise teaching and optimization of the Deposition Chamber are accomplished through tooling factor control, enhancing the overall efficiency and accuracy of the deposition process under UHV environment. Using this powerful RTSE-tool, digital-SE-tool provides the opportunity of a) real time monitoring of deposition, b) real time investigation and recording of growth mechanisms, c) real time fixation of QCM hysteresis, d) real time fitting of thickness of deposited material, e) real time recalibration of process parameters, and finally f) simulation of deposition before the recipe running. Secondly scope of the study is the optimization of deposition process parameters for organic thin films featuring the required optical and structural properties for use in bilayer organic solar cells (photoactive layer: M-PC/C60). Various deposition rates of fabricated CuPc, ZnPc and C60 layers showed that the deposition rate alters the morphology and surface roughness of organic thin films changing their structural properties. On the other hand, according to the literature, we extend the scope of the second case by investigating the substrate temperature (TSub). This parameter appears to have a significant impact on the crystallinity of the M-PC layers, and consequently, it influences their optical behavior. Upon this, CuPc thin films were deposited at various substrate temperatures and were characterized and analyzed, revealing the growth mechanisms and the morphology – structure of the CuPc crystals. Furthermore, the proof of concept "Real Time & Digital controlling of high precision electrode deposition" involves deposition simulation using Digital Spectroscopic Ellipsometer (Digital-SE) before executing the process recipe. This breakthrough introduces a powerful software tool based on a machine-learning database with AI features. Finally, the real-time fixation of QCM hysteresis during the deposition process is achieved using a Software machine and Metrology Control Platform. This PhD study has undertaken a finite element analysis utilizing substantial data sourced from Scientific Instruments (RT-SE), Scientific Tools (QCM), Software Machines (AI-machine, digital-MCP, optical-MCP), and software tools (digital-SE, emulators, debuggers etc). Acknowledging the imperative to manage vast amounts of data from scientific equipment and the necessity strategically harness emerging technologies such as big data analysis, AI-machine learning, and Precising Optical Measurement, we introduce a robust digital-MCP Suite with capabilities to achieve precise thickness measurements at the nanometer level and more. Through meticulous control of deposition thickness, our objective is to pave the way for Electronic Devices featuring ultra-thin layers characterized by exceptional homogeneity and structural stability in the near future. This interdisciplinary approach composites cutting-edge technologies to advance the precision and efficiency of nanoscale thickness measurements, contributing to the evolution of electronic devices with unprecedented characteristics. Finally, several structures (Bi-layer, Bulk-Heterojunction, Planar-mixed molecular Heterojunction) were tested using M-PC and C60 as donor and acceptor respectively varying main process parameters (e.g substrate temperature, carrier gas flow rate, pressure). The PPL-OVPD CLUSTER, working with the EDC chamber and applying vapor deposition techniques, managed to perform depositions that led to the construction of OPVs (with a maximum PCE efficiency of 0.85%). An important element of success is the construction of OPVs unit cells with an active area dimension of up to 7cm2 (and a total active area of interconnected cells ~60cm2) that were manufactured with this technology, because in the literature we do not find anything similar that has been done. Also, thin and ultrathin films capable of leading to OLEDs based on Alq3 material were developed. Electrical characterization and optical characterization of thin films (LiQ) for OLED devices were performed. In conclusion, the most important modern and innovative element of the work is that materials deposition systems, research metrological instruments, computing systems, metrological-computing platforms, databases and of course high-tech software tools with embedded artificial intelligence technologies and endless cycles of learning and storing new information were interconnected, interoperated and demonstrated their ability to produce films in a range of thickness values (0.1÷100) nm.

Η τεχνολογία Organic Vapor Phase Deposition (OVPD) χρησιμοποιεί αδρανές αέριο (π.χ.: N2, Ar), συνήθως θερμό, για τη μεταφορά ατμών οργανικών υλικών και την εναπόθεση αυτών των μικρών μορίων σε υποστρώματα υάλου όπου σχηματίζονται λεπτά οργανικά υμένια, τα οποία βρίσκουν εφαρμογή σε Οργανικές Ηλεκτρονικές Συσκευές. Η παραπάνω τεχνολογία διασφαλίζει την ομοιογένεια και την ομοιομορφία των οργανικών λεπτών υμενίων σε μεγάλες επιφάνειες και εφαρμόζεται ήδη για την παραγωγή υψηλής ποιότητας οργανικών φωτοδιοδών εκπομπής φωτός (OLED) και εργαστηριακής κλίμακας οργανικών φωτοβολταϊκών (OPV). Στην παρούσα εργασία, το PPL-OVPD, το οποίο διαθέτει in-situ Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία (In-Situ-SE) και Φασματοσκοπία Raman (In-Situ-RS) χρησιμοποιείται για την εναπόθεση οργανικών λεπτών υμενίων σε υποστρώματα μεγάλης επιφάνειας (200x200mm). Η διερεύνηση των μηχανισμών ανάπτυξης, των οπτικών και δομικών ιδιοτήτων των οργανικών στρωμάτων πραγματοποιείται με χρήση οπτικών εργαλείων και μεθοδολογιών (In-Situ SE, In-Situ RS) και υποστηρίζονται επιπλέον από ex-situ αναλυτικές τεχνικές. Επίσης, το Cluster PPL-OVPD που συνδέεται με τον θάλαμο εναπόθεσης ηλεκτροδίων (EDC), συνδυάζει τις εναποθέσεις ανόργανων νανοστρωμάτων και νανοδομών ολοκληρώνοντας το σύστημα Top-Electrode των συσκευών “OE”-Organic Electronics-(Οργανικών Ηλεκτρονικών). Η επίτευξη σταθερότητας του ελέγχου εναπόθεσης σε πραγματικό χρόνο των μεταλλικών υλικών, όπως το αλουμίνιο (Al) και ο άργυρος (Ag), πραγματοποιείται μέσω της καθοδήγησης του θαλάμου θερμικής εξάτμισης κενού (VTEC)/EDC (Θάλαμος εναπόθεσης ηλεκτροδίων). Την παραπάνω διαδικασία ανάπτυξης την εμπλουτίζουμε με την ενσωμάτωση προηγμένων εργαλείων, συμπεριλαμβανομένου του Optical Tool RT-SE, του Piezoelectric Tool QCM (Quartz Control Microbalance), και του εργαλείου λογισμικού digital-SE. Το RT-SE παρέχει πληροφορίες για τις οπτικές ιδιότητες και το πάχος, το QCM προσφέρει ακριβή έλεγχο χρησιμοποιώντας πιεζοηλεκτρική τεχνολογία και το digital-SE με την πλατφόρμα MCP/digital-MCP εισάγει εξελιγμένες δυνατότητες λογισμικού. Πρωτεύον αντικείμενο της παρούσας έρευνας ήταν η ολοκληρωμένη διαχείριση των παραμέτρων εκείνων που ελέγχουν τη διαδικασία εναπόθεσης υψηλής ακρίβειας σε πραγματικό χρόνο για την τελική δημιουργία ανόργανων λεπτών μεμβρανών. Εναποθέσεις οι οποίες περιλάμβαναν ένα εύρος ελέγχου εναπόθεσης από 0,1 Å/s έως 10 Å/s. Διττός στόχος ήταν (α) να επιτευχθούν οι επιθυμητές οπτικές, δομικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των αναπτυσσόμενων υλικών, όπως και (β) η ακριβής γεωμετρική βαθμονόμηση του θαλάμου (VTEC)/EDC μέσω του ελέγχου του παράγοντα εργαλείων του συστήματος, ενισχύοντας τη συνολική αποτελεσματικότητα και ακρίβεια της διαδικασίας εναπόθεσης και κατασκευής του καθοδικού ηλεκτροδίου (top-electrode) σε περιβάλλον UHV. Με την κατάλληλη χρήση των ισχυρών εργαλείων οπτοηλεκτρονικής RTSE, το ψηφιακό εργαλείο SE, αλλά και τις συνεχείς βελτιώσεις και αναβαθμίσεις τους, μας δόθηκαν νέες ευκαιρίες για α) την παρακολούθηση της εναπόθεσης, β) την βελτιστοποίηση της καμπύλης υστέρησης του QCM, γ) τον έλεγχο του πάχους του προς εναπόθεση υλικού με κατάλληλη προσαρμογή σε παραμέτρους (ρυθμός εναπόθεσης, χρόνος, θερμοκρασία υλικού εξάχνωσης) κατά την ανάπτυξη κ.α. Δευτερεύον αντικείμενο της μελέτης ήταν η βελτιστοποίηση των παραμέτρων για εναποθέσεις οργανικών λεπτών υμενίων που διαθέτουν τις απαιτούμενες οπτικές και δομικές ιδιότητες ώστε να οδηγήσουν σε οργανικές κυψέλες φωτοβολταϊκών σύνθετης στοιβάδας (π.χ. διπλής με φωτοενεργό στρώμα: M-PC/C60). Εφαρμόσαμε διαφορετικούς ρυθμούς εναπόθεσης για την παραγωγή οργανικών υμενίων, με υλικά CuPc, ZnPc και C60, για τα οποία αποδείχθηκε ότι ο ρυθμός εναπόθεσης συμβάλλει στη μεταβολή της μορφολογίας και της επιφανειακής τραχύτητας των οργανικών λεπτών υμενίων, αλλάζοντας έτσι τις δομικές τους ιδιότητες. Επιπροσθέτως, ακολουθώντας νεωτερικές βιβλιογραφικές αναφορές, και εστιάζοντας σε μια εκτεταμένη έρευνα διερευνώντας την θερμοκρασία του υποστρώματος (TSub) εξαγάγαμε το συμπέρασμα ότι είναι η βασικότερη παράμετρος που επηρεάζει σημαντικά την τελική διαμορφούμενη κρυσταλλικότητα των υμενίων, και κατά συνέπεια την οπτική συμπεριφορά των Μέταλλο-Οργανικών Φθαλοκυανινών (M-PC στρώματα), είναι η θερμοκρασία του συστήματος “cooling block” και συνεπαγωγικά η θερμοκρασία του υποστρώματος κατά την ανάπτυξη. Επ' αυτού, εναποτέθηκαν λεπτά υμένια CuPc σε διαφορετικές θερμοκρασίες υποστρώματος όπου χαρακτηρίστηκαν και αναλύθηκαν, αποκαλύπτοντας τους μηχανισμούς ανάπτυξης και τη δόμηση της μορφολογίας –δομή των κρυστάλλων του CuPc. Η παρούσα ερευνά κλείνει με το ελκυστικότερο σκέλος της, την απόδειξη της έννοιας «έλεγχος εναποθέσεων σε πραγματικό χρόνο και ψηφιακός έλεγχος της κατασκευής ηλεκτροδίων υψηλής ακρίβειας» που περιλαμβάνει: (α) το Ερευνητικό Όργανο Οπτοηλεκτρονικής, Φασματοφωτόμετρο Ελλειψομετρίας (RTSE), (β) το Ψηφιακό Φασματοφωτόμετρο Ελλειψομετρίας (Digital-SE), (γ) τις Μηχανές Λογισμικού (AI-Closed Loop Technology, SIMULATOR-SE), (δ) τις Υπολογιστικές Πλατφόρμες (digital-MCP, optical-MCP), (ε) τα Εργαλεία Λογισμικού (compilers, emulators, linkers, debuggers, A/D convertors κ.λπ.) και (στ) το Μετρολογικό Εργαλείο (QCM). Ανάλογα με το στόχο του πειράματος και την λειτουργία που θέταμε ως προτεραιότητα γινόταν και η αντίστοιχη ενεργοποίηση των δυνατοτήτων ελέγχου και συνδυασμοί αυτών, δηλαδή (α) είτε η παρακολούθηση και προβολή της ανάπτυξης σε πραγματικό χρόνο (deposition rate Å/sec), (β) είτε ο έλεγχος της εναπόθεσης και η προσαρμογή του αναπτυσσόμενου λεπτού υμενίου (με τον έλεγχο του tooling factor) σε πραγματικό χρόνο, (γ) είτε η παρέμβαση στην υστέρηση του εργαλείου QCM σε πραγματικό χρόνο, (δ) είτε ο συνδυασμός ψηφιακών εργαλείων λογισμικού και αναλογικών για την πραγματοποίηση ενός πειράματος, (ε) είτε ο συνδυασμός τεχνολογιών (αναλογικές, ψηφιακές και τεχνητής νοημοσύνης) που κάνουν ανάκληση στην βάση δεδομένων και σε παλαιοτέρα πειράματα για να εκτελέσουν νέο πείραμα, (στ) είτε οι επαναληπτικές αρχικοποιήσεις παραμέτρων για τον θάλαμο και τα υλικά όταν αυτό ήταν απαραίτητο, (ζ) είτε η προσομοίωση του πειράματος πριν την φυσική του έναρξη, (η) είτε η λεπτομερής καταγραφή των παραμέτρων ανάπτυξης για να οδηγήσουν στη συνέχεια σε μελέτη των μηχανισμών ανάπτυξης.Κατά την διάρκεια της διδακτορικής μελέτης ένα πλήθος πεπερασμένων στοιχείων αναλύθηκαν, χρησιμοποιώντας ουσιαστικά δεδομένα που προέρχονται από τα παραπάνω προαναφερθέντα Scientific Instruments (RT-SE), Scientific Tools (QCM), Software Machines (AI-machine, digital-MCP, optical-MCP), και software tools (digital-SE, emulators, debuggers κ.λπ.). Αναδύθηκε λοιπόν με επιτακτικό τρόπο η ανάγκη διαχείρισης δεδομένων τεράστιων ποσοτήτων από τον επιστημονικό εξοπλισμό και η αναγκαιότητα αυτή οδήγησε στην απόφαση για στρατηγική αξιοποίηση των αναδυόμενων τεχνολογιών όπως η ανάλυση μεγάλων όγκων δεδομένων (big data management analysis), η εκμάθηση μηχανών με εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης (AI-machine learning) και η ακριβής οπτική μέτρηση (precising Optical Measurement). Εισαγάγαμε μια ισχυρή σουίτα ψηφιακού ελέγχου MCP/digital-MCP με δυνατότητες παραγωγής λεπτών και υπέρλεπτων υμενίων πάχους σε επίπεδο μερικών νανομέτρων (0,5-3 nm), αλλά και στις μεγαλύτερες κλίμακες ανάπτυξης (10-40nm) ή και (50-100nm). Μέσω του σχολαστικού ελέγχου του πάχους της εναπόθεσης προσπαθήσαμε να ανοίξουμε το δρόμο για Οργανικές Ηλεκτρονικές Διατάξεις με εξαιρετικά λεπτά στρώματα που χαρακτηρίζονται από συμπαγή ομοιογένεια και δομική σταθερότητα, κάτι που ευελπιστούμε να αποτελέσουν πρόδρομο τεχνοτροπίας στο εγγύς μέλλον. Η παραπάνω διεπιστημονική προσέγγιση συνθέτει τεχνολογίες αιχμής και προωθεί την εφαρμογή τεχνολογιών λογισμικού σε υπάρχοντα μετρολογικά συστήματα για την επαύξηση της ακρίβειας και της αποτελεσματικότητας των επιδόσεων τους σε επίπεδο νανοκλίμακας, συμβάλλοντας στην εξέλιξη ηλεκτρονικών συσκευών με πρωτόγνωρα χαρακτηριστικά. Τέλος, ερευνητικά ευρήματα που σχετιστήκαν με τα παραγόμενα OPVs σε διαφορετικές δομές (Μονή/Διπλή Διαστρωμάτωση, Συμπαγής-μοριακή ετεροσύνδεση, Επίπεδη-μικτή μοριακή ετεροσύνδεση) δοκιμάστηκαν χρησιμοποιώντας M-PC και C60 ως δότη και δέκτη ηλεκτρονίων, αντίστοιχα, με μεταβαλλόμενες τις κύριες παραμέτρους διεργασίας (π.χ. θερμοκρασία υποστρώματος, ρυθμός ροής αερίου φορέα, πίεση). Το PPL-OVPD CLUSTER, σε συνεργασία με τον θάλαμο EDC κατάφερε να πραγματοποιήσει εναποθέσεις που οδήγησαν στην κατασκευή OPV (με μέγιστη απόδοση PCE 0,85%). Σημαντικό στοιχείο επιτυχίας είναι η κατασκευή μονάδων κυψελών OPV με διάσταση ενεργού επιφάνειας έως 7cm2 μεμονωμένου κελιού (και συνολική ενεργή επιφάνεια διασυνδεδεμένων κυψελών ~60cm2) που κατασκευάστηκαν με αυτήν την τεχνολογία, γιατί στη βιβλιογραφία δεν απαντάται κάτι παρόμοιο και υφίσταται ερευνητικό κενό. Επίσης, αναπτύχθηκαν λεπτά και υπέρλεπτά υμένια ικανά να οδηγήσουν σε OLED βασισμένες σε υλικό Alq3. Πραγματοποιήθηκε ενδελεχής μελέτη υλικών και υμενίων (όπως Alq3, NPB, LiF, LiQ) για τον σχεδιασμό OLED διατάξεων, και δόθηκε ειδική έμφαση στον ηλεκτρικό και οπτικό χαρακτηρισμό λεπτών υμενίων (LiQ)-Electron Injection Layer για συσκευές OLED.Συμπερασματικά, το πιο σημαντικό σύγχρονο και καινοτόμο στοιχείο της εργασίας είναι ότι συστήματα ανάπτυξης υλικών (PPL-OVPD CLUSTER, EDC), ερευνητικά μετρολογικά όργανα (RT-SE, In-Situ-SE), υπολογιστικά συστήματα (AIXACT, AERES, ΔΨ), μετρολογικές-υπολογιστικές πλατφόρμες (MCP, digital-MCP), βάσεις δεδομένων (data-Base.1) και φυσικά εργαλεία λογισμικού υψηλής τεχνολογίας με ενσωματωμένες τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης (digital-SE, SIM-SE, AI-Platform) και ατέρμονους κύκλους εκμάθησης ολοκληρώθηκαν, διασυνδέθηκαν και διαλειτούργησαν, αποδεικνύοντας την ικανότητά τους να παράξουν υμένια σε ένα εύρος διαφορετικών παχών (0,1÷100)nm.

Die Technologie der Organischen Dampfdampf-Phasenabscheidung (OVPD) nutzt Inertgase (z.B. N2, Ar) zum Transport von organischen Dämpfen für die Abscheidung von dünnen Schichten kleiner Moleküle, die in organischen Elektronikgeräten verwendet werden. Die OVPD-Technologie gewährleistet die Homogenität und Gleichmäßigkeit organischer Dünnfilme über große Flächen und wird bereits für hochqualitative organische Leuchtdioden (OLEDs) und organische Photovoltaikzellen (OPVs) im Labormaßstab eingesetzt. In dieser Arbeit wird PPL-OVPD, ausgestattet mit In-situ-Spektroskopischer Ellipsometrie (In-Situ-SE) und Raman-Spektroskopie (In-Situ-RS), zur Abscheidung von organischen Dünnfilmen auf großflächigen Substraten (200x200mm) verwendet. Die Untersuchung der Wachstumsmechanismen sowie der optischen und strukturellen Eigenschaften der organischen Schichten erfolgt unter Verwendung von In-situ-optischen Werkzeugen und Methoden (SE, RS), unterstützt durch zusätzliche ex-situ analytische Techniken. Des Weiteren wird das Cluster PPL-OVPD, verbunden mit einer Elektrodendepositionskammer (EDC), zur Kombination der Abscheidung von anorganischen Nanolagen und Nanostrukturen genutzt, um das Top-Elektroden-System von OE-Geräten zu vervollständigen. Die Echtzeitkontrolle der Metallmaterial-Abscheidung, wie z.B. Aluminium (Al) und Silber (Ag), wird durch die Steuerung und den Betrieb der Vakuum-Thermischen Verdampfungskammer (VTEC)/EDC (Elektrodendepositionskammer) erleichtert. Dieser Prozess wird durch die Integration fortschrittlicher Werkzeuge wie dem optischen Werkzeug RT-SE, dem piezoelektrischen Werkzeug QCM (Quartz Control Microbalance) und dem Software-Tool digital-SE bereichert. Das RT-SE liefert optische Einblicke, der QCM bietet präzise Kontrolle mittels piezoelektrischer Technologie, und das digital-SE mit der MCP-Plattform führt anspruchsvolle Softwarefähigkeiten ein. Der Hauptzweck dieser Untersuchung war die umfassende Verwaltung der Abscheidungsprozess-Parameter mit hoher Genauigkeit in Echtzeit für anorganische Dünnfilme, einschließlich einer Abscheidungssteuerungsspanne von 0,1 Å/s bis 10 Å/s. Ziel war es, die gewünschten optischen, strukturellen und elektrischen Eigenschaften zu erreichen. Zudem wurden präzises Lehren und die Optimierung der Depositionseinheit durch Werkzeugsfaktorkontrolle durchgeführt, wodurch die Gesamteffizienz und Genauigkeit des Abscheidungsprozesses unter UHV-Bedingungen verbessert wurde. Mit diesem leistungsstarken RTSE-Werkzeug bietet das digital-SE-Werkzeug die Möglichkeit zu: a) Echtzeitüberwachung der Abscheidung, b) Echtzeituntersuchung und Aufzeichnung der Wachstumsmechanismen, c) Echtzeitfixierung der QCM-Hysteresen, d) Echtzeitpassung der Dicke des abgelagerten Materials, e) Echtzeit-Nachkalibrierung der Prozessparameter und f) Simulation der Abscheidung vor dem Start des Rezeptprozesses. Zweitens bestand der Zweck der Studie darin, die Abscheidungsprozess-Parameter für organische Dünnfilme zu optimieren, die die erforderlichen optischen und strukturellen Eigenschaften für den Einsatz in Bilayer-Organischen Solarzellen (photoaktive Schicht: M-PC/C60) aufweisen. Verschiedene Abscheidungsraten von fabrizierten CuPc-, ZnPc- und C60-Schichten zeigten, dass die Abscheidungsrate die Morphologie und Oberflächenrauheit der organischen Dünnfilme verändert, was wiederum deren strukturelle Eigenschaften beeinflusst. Andererseits erweitern wir gemäß der Literatur den Anwendungsbereich des zweiten Falls, indem wir die Substrattemperatur (TSub) untersuchen. Dieser Parameter scheint einen signifikanten Einfluss auf die Kristallinität der M-PC-Schichten zu haben, was wiederum ihr optisches Verhalten beeinflusst. CuPc-Dünnfilme wurden bei verschiedenen Substrattemperaturen abgelagert und charakterisiert, wobei die Wachstumsmechanismen und die Morphologie – Struktur der CuPc-Kristalle untersucht wurden. Darüber hinaus umfasst der Proof of Concept "Echtzeit- & digitale Steuerung der hochpräzisen Elektrodendeposition" eine Abscheidungssimulation unter Verwendung des Digitalen Spektroskopischen Ellipsometers (Digital-SE) vor der Ausführung des Prozessrezepts. Dieser Durchbruch führt ein leistungsstarkes Software-Werkzeug ein, das auf einer Maschinenlern-Datenbank mit KI-Funktionen basiert. Schließlich wird die Echtzeitfixierung der QCM-Hysteresen während des Abscheidungsprozesses mithilfe einer Softwaremaschine und der Metrologie-Kontrollplattform (MCP) erreicht. Diese Dissertation führt eine Finite-Elemente-Analyse durch, die umfangreiche Daten aus wissenschaftlichen Instrumenten (RT-SE), wissenschaftlichen Werkzeugen (QCM), Softwaremaschinen (KI-Maschine, digital-MCP, optisches-MCP) und Softwaretools (digital-SE, Emulatoren, Debugger etc.) nutzt. In Anerkennung der Notwendigkeit, große Mengen an Daten von wissenschaftlichen Geräten zu verwalten und die Notwendigkeit, aufkommende Technologien wie Big Data-Analyse, KI-Maschinenlernen und präzise optische Messung strategisch zu nutzen, führen wir ein robustes digital-MCP Suite ein, das die Fähigkeit zur präzisen Dickenmessung auf Nanometer-Ebene und mehr bietet. Durch sorgfältige Steuerung der Abscheidungsschichtdicke ist unser Ziel, den Weg für Elektronikgeräte mit ultradünnen Schichten zu ebnen, die durch außergewöhnliche Homogenität und strukturelle Stabilität in naher Zukunft gekennzeichnet sind. Dieser interdisziplinäre Ansatz kombiniert fortschrittliche Technologien zur Verbesserung der Präzision und Effizienz der Nanometerschichtmessungen und trägt so zur Weiterentwicklung von Elektronikgeräten mit beispiellosen Eigenschaften bei. Schließlich wurden mehrere Strukturen (Bilayer, Bulk-Heterojunction, Planar-mixed molekulare Heterojunction) unter Verwendung von M-PC und C60 als Donor bzw. Akzeptor getestet, wobei die wichtigsten Prozessparameter (z.B. Substrattemperatur, Trägergasdurchflussrate, Druck) variiert wurden. Das PPL-OVPD-Cluster, das mit der EDC-Kammer arbeitet und Verdampfungstechniken anwendet, gelangte zu Abscheidungen, die zum Bau von OPVs führten (mit einer maximalen PCE-Effizienz von 0,85%). Ein wichtiger Erfolgsfaktor war der Bau von OPV-Einheitszellen mit einer aktiven Flächendimension von bis zu 7 cm² (und einer Gesamtfläche von verbundenen Zellen ~60 cm²), die mit dieser Technologie hergestellt wurden, da in der Literatur nichts Ähnliches dokumentiert ist. Außerdem wurden dünne und ultradünne Filme entwickelt, die zu OLEDs auf Alq3-Basis führten. Die elektrische und optische Charakterisierung der Dünnfilme (LiQ) für OLED-Geräte wurde durchgeführt. Abschließend ist das wichtigste moderne und innovative Element dieser Arbeit, dass Materialien-Abscheidungssysteme, Forschung-Metrologie-Instrumente, Computingsysteme, metrologische-Computing-Plattformen, Datenbanken und natürlich hochentwickelte Software-Werkzeuge mit eingebetteten Künstlicher Intelligenz-Technologien und endlosen Lernzyklen sowie der Speicherung neuer Informationen miteinander verbunden, interoperiert und ihre Fähigkeit demonstriert haben, Filme in einem Dickenbereich von 0,1 bis 100 nm herzustellen.