【摘要】：有機半導體器件正因其制備成本低、材料種類豐富和結(jié)構(gòu)眾多、易于大面積制備且工藝簡單、柔軟輕便等優(yōu)點而越來越受到廣泛的關(guān)注。大多數(shù)有機半導體器件是基于有機薄膜/金屬界面工作的,薄膜在金屬上的生長結(jié)構(gòu)以及界面之間的電子結(jié)構(gòu)都將會對器件的性能產(chǎn)生影響,例如提高有機薄膜的生長有序度將會影響載流子在薄膜中的遷移率；而有機半導體與金屬之間的能級排列將會影響界面間的載流子注入。因此,研究有機薄膜/金屬界面對于有機半導體器件性能的提升具有指導意義。本論文研究的材料主要有兩種：第一種為金屬酞菁材料。金屬酞菁材料因其具有較大的共軛平面、穩(wěn)定的化學性質(zhì)以及良好的太陽光吸收能力等特點而在有機場效應管以及有機光伏器件研究領域受到了廣泛的關(guān)注。第二種材料為石墨烯材料。作為一種新型的二維材料,石墨烯中引人矚目的奇特性質(zhì),例如半整數(shù)量子霍爾效應、極高的載流子遷移率、雙極性場效應以及極高的強度等,使其在各個領域都具有很好的應用前景。比如,通過化學摻雜或在石墨烯上吸附特定的原子、分子可以對石墨烯的帶隙進行調(diào)制,從而利用其室溫下長彈道載流子自由程制備出高性能的場效應管；利用其極高的載流子遷移率,可以通過將其作為受體材料與有機半導體給體材料共混,制備出高性能的有機太陽能電池；可以利用其透明、高強度的特性制備觸摸屏、有機太陽能電池、有機發(fā)光二極管中的透明電極；或是利用石墨烯的高穩(wěn)定性,將其在各個金屬襯底上形成的摩爾結(jié)構(gòu)作為納米結(jié)構(gòu)生長的模板。本論文首先利用角分辨紫外光電子能譜(ARUPS)以及密度泛函理論(DFT)計算對酞菁鈷(CoPc)/Au(111)吸附體系的電子結(jié)構(gòu)進行了分析。通過比較ARUPS實驗數(shù)據(jù)以及DFT計算結(jié)果,可以將ARUPS譜圖中的各個譜峰與CoPc的分子軌道進行聯(lián)系。CoPc/Au(111)界面之間的電荷轉(zhuǎn)移以及相應的自旋密度變化說明界面之間存在較強的相互作用。進一步基于第一性原理計算得出的輸運性質(zhì)研究表明,對于CoPc單分子,在某些分子能級處將會出現(xiàn)電導共振峰；而CoPc分子與Au(111)襯底在特定能量范圍之內(nèi)較大的能態(tài)疊加導致在相應能量范圍內(nèi)對體系的電導調(diào)制。接著,我們利用掃描隧道顯微鏡(STM)以及DFT計算來對酞菁鐵(FePc)在Ag(110)襯底上吸附結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變進行了研究。我們發(fā)現(xiàn)當FePc分子吸附在Ag(110)襯底上,FePc分子會出現(xiàn)兩種吸附結(jié)構(gòu)。進一步基于Nudged Elastic Band (NEB)方法的研究模擬出了在實驗上間接觀測到的吸附結(jié)構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)化,并得出轉(zhuǎn)化勢壘為0.236eV。之后,同樣利用STM以及DFT計算,我們研究了p-Terphenyl分子在Ru(0001)表面的吸附結(jié)構(gòu)及其在Ru(0001)表面的催化下轉(zhuǎn)化成石墨烯的過程。將樣品退火至450℃之后,在樣品表面會出現(xiàn)納米碳片與p-Terphenyl分子相互共存的情況。這些納米碳片是由脫氫后的p-Terphenyl分子形成的。之后,再將樣品退火至480℃,樣品表面的納米碳片進一步轉(zhuǎn)化成石墨烯。通過DFT計算,我們發(fā)現(xiàn)單個p-Terphenyl分子的吸附能為5.99eV,說明p-Terphenyl與Ru(0001)襯底之間有著很強的相互作用。而雙分子吸附的計算結(jié)果表明,分子間相互作用會使得單個分子的吸附能增大0.28eV。進一步基于NEB理論的模擬計算表明分子間相互作用還會對吸附分子的脫氫過程產(chǎn)生影響,將脫氫勢壘從1.52eV升高至1.64eV。最后,我們研究了CoPc吸附在石墨烯/Ru(0001)襯底上的吸附性質(zhì)。當CoPc吸附在石墨烯/Ru(0001)襯底上時,CoPc分子會出現(xiàn)輕微的變形并向Ru(0001)襯底轉(zhuǎn)移大約0.084e-。當CoPc分子的覆蓋度達到一個單層時,CoPc分子會在石墨烯表面形成周期性的Kagome品格。石墨烯中缺陷的出現(xiàn)將會使得Ru(0001)與石墨烯之間的相互作用變強。這一變強的相互作用使得吸附在缺陷上的CoPc的分子能級向著低結(jié)合能處平移,繼而使得在完整與有缺陷石墨烯上的CoPc分子的中心形貌出現(xiàn)差異。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN303

【參考文獻】

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1 吳珂;黃齊fE;張寒潔;廖清;何丕模;;Adsorption behavior of iron phthalocyanine on a Ag(110) surface[J];Chinese Physics B;2012年03期

本文編號：2802181