PDF《四甲酸二酐在》

1682 物理学报59 卷子性质以及界面能级排列,对于了解界面载流子从电极向有机层的注入过程,从而设计性能更优异的有机半导体器件有着重要意义.四甲酸二酐(PTCDA)是典型的有机半导体材料之一,分 子式为C24 O8 H6 ,分子结构如图1所示,具有核心和两个酸酐官能团,为大π型共扼分子.PTCDA 分子具有突出的光电性能,它是一种宽带隙p型有机半导体材料,价带和第一紧束缚导带之间的能量是2

2 eV. PTCDA 分子可以同Ag[ 6], Al, In, Ti, Sn[ 7]等衬底发生反应,LUMO 态被电子部分占有而形成界面杂化态,从 而降低空穴注入势垒.同时,PTCDA 材料还具有其他特性,例如,在室温下,PTCDA 饱和蒸气压很小,蒸发温度低,具有高温稳定性,在180℃ 以下不分解等[8]. 除此以外,利用有机分子束外延(OMBE)方法,这种材料能在很多衬底上实现有序沉积,例如HOPG[ 2],Ag[ 9]以及CuPc[ 10], 结晶相为本体α和β相.大多数衬底上,PTCDA 分子是平铺的,表 面为(102 )面 ,即 平面PTCDA 分子平躺在衬底表面,排列成 人 字形[2]. 正是由于这些特性,近年来PTCDA 材料得到广泛关注和深入的研究.图1PTCDA 分子结构本文以金做衬底材料,用OMBE 方法在衬底表面沉积PTCDA 薄膜,利用同步辐射相关技术及原子力显微镜等对界面电子结构、PTCDA 分子在表面的生长、分子的排列以及有机薄膜的表面形貌等方面进行了系统的研究.2 实验光电子能谱(PES)实验在国家同步辐射实验室表面物理实验站进行[11]. 该实验站包括三个超高真空室―――分析室、生长室、预处理室.生长室静态压强低于10 -

9 mbar(

1 bar =

105 Pa), 可实现样品的原位生长.分析室静态压强低于10 -

10 mbar,配有VG ARPUPS10 型角分辨半球能量分析器和Mg / Al 双阳极靶X射线源.表面物理光束线提供10―

200 eV 范围内连续可调的光子能量.系统总能量分辨率约为100m eV[ 12]. Au( 111)衬底的制备,有机小分子PTCDA 的沉积,同步辐射光电子能谱(SRUPS) 和X射线光电子能谱(XPS)的测量是在表面物理实验站原位完成.近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)测量在X射线磁圆二色(XMCD)实验站进行.XMCD 站光束线提供能量范围为100―

1000 eV 的单色化软X射线,在光子能量为1000 eV 时,其能量分辨本领(E / ΔE, E 为光子能量,ΔE 为单色器线宽)可 达到1000, 相应的光子通量≥108 photon / s, 线偏振软X射线的偏振度≥60% , 其入射光相对于样品表面法线方向变化角度为0°― 40°,吸收谱测量采用全电子产额(total electron yield, TEY)模式,扫描步长为0

2 eV. 在大气环境下,采 用非接触模式对样品进行AMF 的测量.本实验选择金作为衬底,主要是因为金作为电极材料得到广泛的应用,同时,我们在新解理的云母表面外延生长有序的金单晶膜,大大降低实验成本.首先将新解理的云母进行退火处理,蒸镀约100 nm 厚的Au(

99 99% ) 薄膜,然后将样品在330℃ 温度下退火约1h, 即得到Au( 111)面.以此为衬底材料,在室温下,用OMBE 方法逐步沉积PTCDA, 蒸发速率约为2ML / min, 蒸发速率用石英晶体振动测厚仪测定.每一步蒸发完成后,均对样品进行XPS 和SRUPS 测试.本文中,所 有测量均在室温下完成.对于SRUPS, 我们以Au 费米边位置作为结合能零点.使用XPSPEAK 软件对XPS 谱峰进行shirley 本底扣除和拟合处理,谱峰积分强度均是扣除shirley 本底之后的拟合值.根据文献[13],