有機(jī)半導(dǎo)體表面與界面電子結(jié)構(gòu)的同步輻射光電子能譜研究.pdf

1、隨著有機(jī)半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)有機(jī)微電子器件中基礎(chǔ)物理、化學(xué)問(wèn)題的研究越來(lái)越深入。在以有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)及有機(jī)光伏電池(OPVC)等典型膜型結(jié)構(gòu)器件中，提高界面載流子注入效率以及器件壽命一直是人們努力的重點(diǎn)。界面載流子的注入效率最主要的是受注入勢(shì)壘的影響。在Schottky-Mott模型下，金屬/有機(jī)界面電子(空穴)注入勢(shì)壘取決于金屬費(fèi)米能級(jí)到LUMO(HOMO)的能量大小，但實(shí)際的多數(shù)金

2、屬/有機(jī)界面和部分有機(jī)/有機(jī)界面，由于界面偶極的存在而偏離該模型。因此，研究有機(jī)半導(dǎo)體界面的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)和界面偶極對(duì)有機(jī)光電器件的優(yōu)化具有基礎(chǔ)指導(dǎo)意義。光電子能譜技術(shù)(UPS/XPS)已經(jīng)被證實(shí)是研究有機(jī)半導(dǎo)體表面與界面能級(jí)排列及界面化學(xué)的一種行之有效的實(shí)驗(yàn)方法。 本文利用同步輻射光電子能譜技術(shù)，以苯并咪唑苝(BZP)和F代苯并咪唑茈(FBZP)作為有機(jī)探針?lè)肿樱诔哒婵窄h(huán)境中采取分步沉積的原位薄膜制備方法，對(duì)有機(jī)/金屬、有機(jī)

3、/有機(jī)、有機(jī)/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體等一系列界面的形成過(guò)程與電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，其中特別考察了有機(jī)分子的F原子修飾對(duì)有機(jī)/金屬界面形成的影響。另外，本文還研究了活潑金屬Rb摻雜的Alq薄膜電子結(jié)構(gòu)及O<,2>和溫度等環(huán)境因素對(duì)表面與界面電子結(jié)構(gòu)的影響。具體研究?jī)?nèi)容和取得的結(jié)果包括以下幾個(gè)方面： 1.BZP/Ag、Ag/BZP和BZP/AlOx等界面BZP分子吸附到多晶Ag表面時(shí)，“pillow”效應(yīng)引起金屬表面功函降低，形成大小約

4、0.3eV界面偶極。界面相互作用僅局限在一個(gè)分子單層以內(nèi)。在費(fèi)米能級(jí)以下0.8eV和1.8eV出現(xiàn)極化子型和雙極化子型界面帶隙態(tài)。該帶隙態(tài)在250℃以下可穩(wěn)定存在，但在室溫暴露少量O<,2>后，帶隙態(tài)迅速消失?？梢?jiàn)環(huán)境O<,2>對(duì)BZP/Ag界面電子結(jié)構(gòu)影響顯著。熱的Ag原子沉積到BZP薄膜上引起明顯界面擴(kuò)散，在結(jié)合能0.6eV和1.6eV形成兩個(gè)明顯帶隙態(tài)。帶隙態(tài)結(jié)合能整體較BZP/Ag界面中帶隙態(tài)降低0.2eV，歸因于Ag對(duì)光電發(fā)射

5、中形成的空穴更強(qiáng)的終態(tài)屏蔽效應(yīng)。BZP與惰性Ag原子的界面化學(xué)和沉積順序關(guān)系不大，兩種界面都是非反應(yīng)型界面。BZP分子吸附到原位沉積的新鮮Al膜(有部分氧化)上，界面相互作用明顯，界面層厚度超過(guò)30A；由于存在AlOx和BZP分子之間明顯的界面化學(xué)反應(yīng)，BZP在AlOx表面的吸附引起金屬表面功函僅降低0.05eV。 2.FBZP/Ag，Ag/FBZP，F(xiàn)BZP/AlOx等界面F原子取代BZP分子中的一個(gè)H后，分子原有的平面共軛結(jié)構(gòu)被破壞

6、，產(chǎn)生一定的分子扭曲。強(qiáng)電負(fù)性F原子的修飾，還可能對(duì)周?chē)肿踊蛟赢a(chǎn)生誘導(dǎo)極化作用。對(duì)于FBZP/Ag界面，由于同時(shí)存在的“pillow”效應(yīng)和F的誘導(dǎo)作用兩個(gè)相反的因素，導(dǎo)致Ag表面功函增大約0.2eV。與BZP/Ag相比，F(xiàn)BZP/Ag界面的兩個(gè)極化子型帶隙電子態(tài)結(jié)合能稍小，為0.6eV和1.7eV。FBZP在AlOx表面的吸附，界面作用更復(fù)雜，包括“pillow”效應(yīng)、F原子的誘導(dǎo)極化以及界面反應(yīng)等作用，幾個(gè)因素綜合作用結(jié)果引起A

7、lOx表面功函增大約0.3eV。 3.BZP/NPB，BZP/ITO，BZP/SiO<,2>BZP/NPB界面形成中NPB分子能級(jí)發(fā)生彎曲，導(dǎo)致能級(jí)排列偏離Schottky-Mott模型，界面空穴由NPB向BZP的注入勢(shì)壘明顯小于反向電子由BZP向NPB的注入勢(shì)壘，N-PB表現(xiàn)出良好的空穴傳輸特性。BZP/ITO界面沒(méi)有觀察到明顯能帶彎曲和界面帶隙態(tài)，界面偶極的形成歸因于BZP分子的極化。BZP在SiO<,2>絕緣層上的吸附，界