有機-無機半導體界面的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)的研究.pdf

1、在器件的設(shè)計和制造上,有機半導體器件會涉及到三種不同的界面:“有機／有機”、“有機／無機”和“無機／無機”界面。而這些界面的性質(zhì)會對有機半導體器件產(chǎn)生很大的影響,因此對材料的界面和表面的電子態(tài),尤其是表面價電子的情況應當作為一個研究的重點。一方面,它可以給材料的選擇,界面的生長合成以及器件的結(jié)構(gòu)提出合理的方案,并對器件性能的檢測作一定的指導和提供依據(jù)；另一方面,對界面和表面的研究可以找到器件的不足之處,選擇匹配的能帶材料,針對性地對器件

2、進行改進。
　　 鑒于本組先前已經(jīng)作了有機小分子perylene在Ag(110)表面和Ru(0001)表面有序薄膜電子態(tài)的研究,對“有機分子／金屬襯底”界面的電子態(tài)有了一定的了解,為了進一步對“有機分子／半導體襯底”界面的電子態(tài)加以了解,并比較兩者之間的異同,本工作繼續(xù)以有機小分子perylene作為吸附質(zhì),選取Si(001)作為襯底,進行有機小分子薄膜吸附生長的研究。研究手段為紫外光電子能譜(UPS)、角分辨紫外光電子能譜(A

3、RUPS)和基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算。
　　 通過UPS測量,可以從譜圖上發(fā)現(xiàn)在Fermi level以下0.75eV,2.85eV,4.45eV,7.77eV和9.05 eV的位置,有perylene分子的特征發(fā)射峰,隨著覆蓋的增大,譜峰位置發(fā)生移動。結(jié)合ARUPS和DFT理論計算可知,在覆蓋度為0.5ML的時候,perylene分子的短軸垂直于襯底表面,同時分子的長軸平行于襯底表面,并且與襯底top原子層的

4、dimer垂直,另外分子與分子之間兩兩相對,吸附單元的重復周期為(2×6),一個周期內(nèi)有兩個perylene分子。在覆蓋度為1.0ML的時候,perylene分子同樣直立吸附,它的長軸垂直于襯底表面,同時分子的短軸平行于襯底表面,并且與襯底top原子層的djmer垂直,另外為了增加分子間的相對間距,分子與分子之間兩兩錯開呈拉鏈狀,吸附單元的重復周期為(2×6),一個周期內(nèi)有四個perylene分子。隨著覆蓋度的增加,體系功函數(shù)慢慢減小,

5、當覆蓋度到1.0ML時功函數(shù)達到最小,之后又漸漸增大。這些都是由吸附分子和襯底的吸附界面上形成的偶極層引起的。
　　 為了對不同“有機分子／半導體”界面的電子態(tài)加深了解,并比較它們之間的異同,本工作又以有機小分子FePc作為吸附質(zhì),選取Si(110)表面作為襯底,進行有機小分子薄膜吸附生長的比較研究。研究手段同樣為紫外光電子能譜(UPS)、角分辨紫外光電子能譜(ARUPS)和基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算。
　

6、　 FePc分子吸附在Si(110)表面,其紫外光電子能譜的峰位分別在Fermi能級以下2.73eV,4.90eV,7.74eV及10.52 eV等處。在單層(monolayer)吸附時,體系功函數(shù)達到最小的4.02eV。它的最可能吸附位置是BRIDGE。這種情況下FePc分子距離襯底為2.178(A),并且以經(jīng)過分子中心鐵原子且沿[112]晶向的軸發(fā)生折疊。形成17.132°的折疊角。在多層吸附的時候(multilayer),體系的

7、功函數(shù)為4.23eV,最近層分子距離變?yōu)?.191(A),次近層分子距離襯底為3.481(A)。另外有機分子還會在沿襯底[001]和[110]兩個晶向上發(fā)生一定的傾斜。
　　 為了進一步對FePc分子在Si(110)吸附的表面電子態(tài)的結(jié)果作一些佐證性的研究,本工作對FePc分子薄膜在Si(110)表面上的生長過程,進行了X射線光電子能譜(XPS)測量,希望對“FePc／Si”界面上的相互作用有更深入地了解。FePc分子在Si(1