PDF《(C8-BTBT) on Cu (100)》

16 ? 的薄膜的能级结构发生变化, 整体 上随着膜厚的增加真空能级(Evac) 向下弯曲, 分子 最高占据轨道 (HOMO) 下移. 下移的能带结构有 利于电子从界面向表面的迁移以及空穴从表面向 界面的迁移.

2 实验本实验中有机材料的真空沉积和光电子能 谱测试是在我们自行组装的一套超高真空系统 下完成的, 设备详述见文献 [22]. 这里简要介绍: 有机分子束蒸发腔 (P <

2 * 10?6 Pa) 中蒸发制 备的 C8-BTBT 薄膜通过径向传样腔送入分析腔 (P <

2 * 10?8 Pa) 进行原位分析. 紫外光电子能 谱(UPS) 和X射线光电子能谱 (XPS) 中入射光与 样品法向夹角均为 45? , 光电子沿样品法线方向出 射, 并由半球能量分析器得到其能谱. 所有测试 能谱中的电子能量都是相对于能量分析器的费米 能级. 生长C8-BTBT 之前, 我们对单晶衬底Cu(100)(12 mm *

6 mm) 用氩离子枪轰击

10 min, 然后高温

600 ? C 退火

1 h. 图1是经此处理前后基 底的 XPS 全谱图和低能电子衍射 (LEED) 图. 可见XPS 中处理前的 C, O 等杂质峰经处理后已不 可见, LEED 图样清晰, 说明基底已经是洁净的单 晶. 然后将之传入有机材料生长腔, C8-BTBT 粉 末在氮化硼坩埚中加热至 (114 ± 1) ? C 蒸发并沉 积到基底上, 衬底温度为(25 ± 0.5)? C, 通过石英晶 振膜厚仪监控沉积速率, 速率保持在 1―2 ?/min. 每生长一定厚度的 C8-BTBT 薄膜, 便传送至分析 腔内进行能谱测试, 其厚度分别为 4, 8, 16, 32,

64 和100 ?. 能谱测量结束后, 大气下对 100? 的C8- BTBT/Cu(100) 进行 AFM 和掠入射 X射线衍射谱 (GIXRD)测试. 图1(网刊彩色) Ar+ 轰击/600 ?C 退火前后的 Cu(100) 衬底 XPS 全谱对比, 插图为 Cu(100) LEED 图样 Fig. 1. (color online) The XPS spectrum of Cu(100) before and after the Ar+ bombarding/annealing treat- ment. The inset is the LEED of Cu(100). 157901-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

15 (2016)

157901 3 结果与讨论 3.1 C8-BTBT 在Cu(100) 界面的吸附过程 铜具有优良的催化特性, 铜基脱硫剂在有机 化工方面也有重要的用途 [23] . 含有两个噻吩单元 的C8-BTBT 在Cu(100) 是否会发生脱硫反应, 决 定了 Cu 是否能作为缓冲层应用于磁性金属与 C8- BTBT 之间. 由于脱硫反应的产物一般是稳定吸 附于金属上的硫原子以及熔点较低的碳氢化合物, 因此可以预期: 如果第一层吸附的 C8-BTBT 发生 了催化脱硫反应, 那么碳氢化合物由于其饱和蒸 汽压较高将蒸发到真空腔系统, 而S原子与金属形 成稳定的化学吸附物, 那么 XPS 中探测到的 S 元 素含量将相对增加, C 元素含量将相对减少. 为 此我们在 XPS 数据分析处理中扣除了 Shirley 背景 并且考虑了相应元素峰的透过因子之后计算了 C 1s 和S2p 峰下的面积比, 由此来计算 C/S 元素比. 我们发现 C/S 元素比, 在第一层 C8-BTBT 沉积到 Cu(100) 上达到

4 ? 和8?厚度时, 为15 :

1 左右. 与C8-BTBT(化学式为: C30H40S2) 中的元素比一 致. 随着厚度增加, 这个比值略微减少. 但是整体 来说, C/S 元素比在整个厚度区间维持在

15 :

1 左右. 因此可以初步判断, C8-BTBT 在Cu(100)上没 有发生脱硫反应. 另外, 我们还可以通过考察 XPS 中S2p 的化 学位移来判断是否发生了脱硫反应. 原子的内层电 子结合能受到其所处化学环境的影响, 不同的化学 结合状态会改变原子核的力场, 使得电子结合能发 生化学位移. 如果发生了脱硫反应, XPS 能谱中 S 2p 的结合能将会发生变化. 图2(b) 为4―100 ? 膜 厚度的 XPS 中的 S 2p 峰. 可以看到, 4―64 ? 厚度 的C8-BTBT 能谱中 S 2p 都没有发生化学位移, 也 说明了 S 原子附近的化学环境没有发生变化, 也就 是说界面没有发生化学反应. 膜厚