氧化硅基底上有机半导体薄膜的生长和电子结构特性的研究

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近年来,有机光电器件已经日益成为人们研究的焦点。相较于传统无机器件,有机器件具有效率高,生产成本低以及柔韧性好等特点。这几年,OLED显示器正在逐步取代传统的LCD显示器。比如最近三星和华为相继发布的折叠屏手机,使用的正是OLED显示屏,传统的LCD显示屏是无法做到弯曲折叠的。尽管大家对于有机器件已经进行了大量的研究,但是仍然有许多关键的问题悬而未决。有机半导体体系中关于有机材料本身及其界面的电子结构性质的研究一直都是最重要的课题之一,然而多年来的研究都未能得到一个全面的理解。有机材料在界面处的分子的耦合,即供体-受体对(donor-accepterpairs),能决定光伏器件的效率,但是完美的供体-受体对一直未被发现。同时,有机薄膜的电子结构性质与其分子生长取向有着很大的关系。以有机分子与氧化硅基底之间只有很弱的相互作用力,且在氧化硅基底上只会直立生长等特点为基础,我们就可以更好的分析有机材料本身与有机-有机异质结结构的电子结构特性。为了研究这些有机材料以及有机-有机界面的特性,本论文使用紫外光电子能谱(UPS),掠入射X射线衍射(GIXD),X射线反射(XRR)以及原子力显微镜(AFM)等技术进行了三组实验。第一组实验则是使用了对六联苯(Para-sexiphenyl,6P)的两种部分氟代衍生物邻二氟对六联苯(m-2F-6P)和间二氟对六联苯(o-2F-6P)以及一种带氰基的6P(CN-6P)来研究部分氟化对于6P薄膜的生长及电子结构的影响。实验结果表明o-2F-6P的表面更倾向于长成三维岛屿状结构,因此m-2F-6P薄膜的表面比o-2F-6P更加光滑并且观察到CN-6P在生长时表面会形成两个具有不同真空能级的区域。第二组实验选用了六并苯(6Phen)和二萘品苯(PIC)作为受体材料,全氟并五苯(PFP)作为给体材料,对6Phen和在PIC在氧化硅基底混合沉积进行了研究。实验发现这两种材料的混合沉积可以在不改变上层PFP薄膜的能级的基础上,改变自身的电离能,其电离能的改变量与这两种材料在混合沉积时的比例有关。第三组实验同样以全氟并五苯(PFP)为上层材料,分别使用六并苯(6Phen)以及并五苯(PEN)作为底层材料,研究它们在不同的基底温度在氧化硅基底上生长时的特性。实验数据表明,温度越高,生长的薄膜表明就会越平整,而两种材料之间的界面偶极子也会随着温度的升高而缩短。以UPS、GIXD、XRR和AFM作为界面表征方法,更加深入的了解了有机材料的衍生物以及有机-有机界面的电极结构特征,为薄膜器件的研发提供了理论基础,从而可以促进该领域的发展。
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