有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在強(qiáng)磁場(chǎng)下的生長(zhǎng)及分子取向研究.pdf

1、有機(jī)半導(dǎo)體器件具有許多傳統(tǒng)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體器件不具備的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到廣泛的關(guān)注和飛速的發(fā)展，被應(yīng)用于有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)自旋閥等領(lǐng)域。如何提高有機(jī)半導(dǎo)體器件的性能是研究者關(guān)心的核心問(wèn)題。通常半導(dǎo)體有機(jī)分子都具有特定的空間幾何結(jié)構(gòu)，其堆積方式的不同往往形成截然不同的表面形貌，進(jìn)而在很大程度上影響有機(jī)光電器件的性能。因此掌握調(diào)控有機(jī)分子取向和堆積的方法對(duì)于優(yōu)化器件性能有重要的理論指導(dǎo)意義。調(diào)控有機(jī)分子取向的有效方法之一是在

2、分子生長(zhǎng)過(guò)程中引入磁場(chǎng)的作用，但到目前為止這方面的研究方法還很不完善，亟待進(jìn)一步的研究探索。
　　本文中，我們使用有機(jī)分子束沉積方法，在8.5 T垂直襯底的強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下在Si和Cu襯底上制備了酞菁鐵(FePc)薄膜，并應(yīng)用X射線衍射(XRD)、角分辨近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(NEXAFS)、偏振激光拉曼光譜、原子力顯微鏡(AFM)等技術(shù)研究了磁場(chǎng)對(duì)FePc薄膜的分子取向和形貌的影響。主要的結(jié)論如下:
　　第一，XRD的結(jié)果表明

3、在無(wú)外磁場(chǎng)和外加8.5T磁場(chǎng)的條件下在Si(111)襯底上制備的FePc薄膜均顯示為以(200)面取向的有序α相FePc，磁場(chǎng)下生長(zhǎng)的薄膜擁有更高的結(jié)晶度和結(jié)晶質(zhì)量，分子間的堆積間距在磁場(chǎng)的作用下減小，分子排列更加緊密。從AFM圖像觀察到，磁場(chǎng)下沉積的薄膜中晶粒更加均勻有序地分布在襯底上，表面更加平整。同步輻射NEXAFS譜和拉曼光譜結(jié)果表明，F(xiàn)ePc分子側(cè)立在襯底表面，在磁場(chǎng)作用下，分子平面相對(duì)襯底有更大的傾斜角。半定量偏振拉曼光譜計(jì)

4、算結(jié)果顯示，外加磁場(chǎng)后，分子平面與襯底的夾角由63.6°增大為67.1°。
　　第二，我們?cè)贑u/Si襯底上制備了FePc薄膜，XRD及AFM的結(jié)果表明，分子相對(duì)于襯底呈側(cè)立構(gòu)型并形成α相的薄膜，磁場(chǎng)中沉積薄膜的結(jié)晶度明顯提高，晶粒更加均勻，在襯底上的分布更加有序，沉積后繼續(xù)磁化可以進(jìn)一步減小粗糙度。角分辨NEXAFS譜和拉曼光譜結(jié)果表明，在磁場(chǎng)作用下，分子平面相對(duì)襯底有更小的傾斜角，沉積后的磁化作用使傾斜角繼續(xù)減小。半定量偏振拉