有機半導體及石墨烯在金屬表面的生長及其性質研究.pdf

1、有機半導體器件正因其制備成本低、材料種類豐富和結構眾多、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構以及界面之間的電子結構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。

2、>　　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，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

3、烯的帶隙進行調制，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構作為納米結構生長的模板。
　　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

4、對酞菁鈷(CoPc)/Au(111)吸附體系的電子結構進行了分析。通過比較ARUPS實驗數(shù)據(jù)以及DFT計算結果，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

5、導致在相應能量范圍內(nèi)對體系的電導調制。
　　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)襯底上吸附結構的轉變進行了研究。我們發(fā)現(xiàn)當FePc分子吸附在Ag(110)襯底上，F(xiàn)ePc分子會出現(xiàn)兩種吸附結構。進一步基于Nudged ElasticBand(NEB)方法的研究模擬出了在實驗上間接觀測到的吸附結構之間的相互轉化，并得出轉化勢壘為0.236eV。
　　之后，同樣利用STM以及

6、DFT計算，我們研究了p-Terphenyl分子在Ru(0001)表面的吸附結構及其在Ru(0001)表面的催化下轉化成石墨烯的過程。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-

7、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。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R