四苯基並四環素與二□嵌苯二甲酸四酐於貴重金屬表面的有機半導體薄膜之研究

Abstract

常見的有機半導體分子四苯基並四環素(rubrene) 與二□嵌苯二甲酸四酐(PTCDA)等，前者具有極高的載子移動率，後者可作為n型有機半導體材料，因此在未來的發展和應用上具有相當的潛力。 本研究中利用蒸鍍的方式將rubrene分子蒸鍍在乾淨的金(100) 表面與以正辛硫醇進行自組裝的金(111)修飾面上。也利用同樣的方式使PTCDA成長於銅(111)以及銅(111)-(√7×√7)R19.1°-S表面上。為了對吸附分子的電子結構、吸附方式以及鍵結位向有所了解，實驗中結合了程溫脫附法 (Temperature-Programmed Desorption, TPD)、低能量電子繞射(Low Energy Electron Diffraction, LEED)、X光光電子發射能譜(X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS)術和近緣X光吸收細微結構光譜(Near Edge X-ray Absorption Fine Structure，NEXAFS)術等常見的表面分析技術。 從rubrene分子之TPD實驗結果得知，分子與金屬基材間具有化學鍵結，化學吸附的脫附峰溫度為430到575 K。綜合NEXAFS ii 實驗的結果，我們得知在多層吸附量時rubrene分子在乾淨的乾淨的金(100) 表面與以正辛硫醇進行自組裝的金(111)修飾面上皆沒有特定位向的排列。在薄層時，分子本身的四環素骨幹則與基材以夾角為40°的斜躺方式吸附於乾淨的金(100)表面上，而旁接的四個苯環則沒有特定位向性。相同條件下在正辛硫醇−金(100)修飾面上則沒有觀察到相似的現象，推論是由於rubrene分子在修飾面上所感受到的來自於基材的作用力下降所導致的結果。 在PTCDA分子的TPD實驗結果中，可以發現當分子吸附在銅(111)以及銅(111)-(√7×√7)R19.1°-S這兩種晶面上時皆有強化學作用力，然而具有不同的動力學性質。而從高解析度的XPS能譜中，可以發現在吸附在銅(111)表面上時，從單層到厚層羰□之電子束縛能往高能量的位置偏移，表示不同吸附量的薄膜在電子結構上的差異，這樣的差異性也反映在不同吸附量的NEXAFS能譜中。而在含硫的銅(111)修飾面的能譜圖則皆與厚層膜時所得到的結果相近，沒有太大的變化，與從NEXAFS能譜中所觀察到的現象一致。從C-K edge NEXAFS實驗結果中，發現在單層吸附時由於與分子在與這兩種不同的晶面形成化學鍵結時作用力上的差異，分子的羰基與芳香環主體具有特定的傾角差異。從分析結果得知在乾淨的基材以及修飾面上時上述兩官能基之間分別有10°和20°的夾角，代表在電子結構上的差異性。