金屬單晶表面上有機分子的有序結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、由于其廣闊的應(yīng)用前景,有機半導(dǎo)體電子器件受到人們的廣泛關(guān)注。而絕大多數(shù)有機器件都是基于薄膜結(jié)構(gòu)的,所以薄膜的制備和結(jié)構(gòu)以及界面的特性對于有機器件的性能具有決定性的影響。與之相關(guān)的基礎(chǔ)研究,如薄膜生長機制以及有機器件的界面電子和幾何特性,對深入了解有機器件的工作機理以及對于有機發(fā)光器件設(shè)計具有重要的理論意義。本文利用光電子譜(Photoemission Spectroscopy,PES),低能電子衍射(Low-energyElectron

2、 DiffracTiO2,LEED)和掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscopy,STM)等現(xiàn)代表面測試手段,結(jié)合基于第一性原理的理論計算,對有機半導(dǎo)體薄膜的生長行為以及有機/金屬界面的電子和幾何特性進行了研究。
　　 在超高真空中,利用有機分子束外延技術(shù),通過精確控制生長條件,選擇合適的有機分子以及金屬襯底,成功地制備了有序的單層有機薄膜。利用低能電子衍射和掃描隧道顯微鏡,對這些有機材料的生長和

3、結(jié)構(gòu)特性進行了原位研究。對有機小分子perylene和tetracene在Ag(110)表面生長的研究表明:在沉積厚度為一個單層時,通過適當(dāng)?shù)耐嘶?perylene和tetracene都能形成長程有序的結(jié)構(gòu)。更為重要的是,在兩種有機單層薄膜中,分子都是成對出現(xiàn)。這表明分子與襯底之間作用力比較弱的時候,分子與分子之間作用力在薄膜生長過程中起到重要的作用。對有機小分子tetracene在Ru(10(1)0)表面的生長研究表明:分子與襯底之間

4、有較強的相互作用力,tetracene在Ru(10(1)0)表面上不能形成有序單層結(jié)構(gòu)。Tetracene分子平面平行于襯底表面,分子長軸沿襯底的兩個主軸取向的概率相當(dāng)。金屬表面上有序單層有機薄膜的形成是分子-分子、分子-襯底之間作用力綜合平衡的結(jié)果。
　　 由于不能同時在STM圖中得到吸附層和襯底的結(jié)構(gòu),分子的吸附位置和吸附高度很難確定?；趯Ρ∧ず鸵r底的結(jié)構(gòu)以及對稱性的了解,加上基于第一性原理的理論計算,可以很好地解決這一難

5、題?；贕aussian98的計算表明,在Ag(110)表面,單個perylene分子吸附在短橋位置最穩(wěn)定,此時的吸附高度是3.4(A),分子長軸與襯底[1(1)T0]方向夾角為50°。基于Dmol3的計算表明:tetracene分子在Ag(110)表面形成的明暗交替的有序結(jié)構(gòu),是相鄰的tetracene分子在不同的吸附位置有不同的吸附高度造成的?；贕aussian03的計算表明:tetracene分子在Ru(10(1)0)表面的兩個

6、很穩(wěn)定的吸附位置分別是,當(dāng)分子長軸沿襯底[0001]方向時的短橋位和沿[1(2)10]時的空位,對應(yīng)的吸附高度分別是2.2(A)和2.5(A),遠小于其在Ag(110)表面的吸附高度,也說明tetracene分子與Ru襯底之間較強的相互作用。
　　 本文還利用光電子能譜對有機半導(dǎo)體perylene與Ag(110)和tetracene與Ru(10(1)0)的界面電子性質(zhì)進行了研究。研究結(jié)果表明:有機分子在沉積過程中發(fā)生極化現(xiàn)象,在

7、膜厚約為單層時,極化達到最大。之后,隨著膜厚的進一步沉積,分子間發(fā)生退極化。通過實驗,我們發(fā)現(xiàn)弄清楚了有機分子在金屬表面的極化對金屬/有機半導(dǎo)體界面功函數(shù)的貢獻。Perylene與Ag襯底的相互作用比較小,tetracene與Ru襯底的相互作用比較強。不同金屬對有機半導(dǎo)體價帶結(jié)構(gòu)的影響不相同。價帶結(jié)構(gòu)隨著有機膜厚的增加發(fā)生明顯的改變,隨著有機膜厚的增加,金屬對有機分子的影響減弱,從而改變了金屬表面上有機材料的價帶分布。這些結(jié)果有助于深入