富勒烯(C60,PC61BM)-金屬界面電子結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、有機(jī)電子器件中，有機(jī)半導(dǎo)體與金屬電極之間的能級排布直接影響著界面處間的載流子注入（輸運(yùn)），從而對器件的性能產(chǎn)生決定性的影響。本文利用同步輻射光電子能譜（SRPES）、密度泛函理論（DFT）計(jì)算和掃描隧道顯微鏡（STM）對應(yīng)用廣泛的n型有機(jī)半導(dǎo)體C60及其衍生物PC61BM與金屬之間的界面的電子結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。
　　根據(jù)Ag(100)表面C60單層到多層膜的PES數(shù)據(jù)，我們首先發(fā)現(xiàn)了金屬襯底的原子能擴(kuò)散進(jìn)C60厚膜中

2、，并且可能充當(dāng)了薄膜中的n型摻雜物。在分析PES數(shù)據(jù)得到了界面能級圖后，我們提出用雙子界面（TSI）模型加上整數(shù)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）模型來描述C60/金屬界面。C60最底層（BML）與金屬襯底間的子界面為費(fèi)米能級一致；C60 BML與C60多層膜之間子界面的能級調(diào)整由ICT模型決定，對于我們研究的體系是真空能級一致的。我們在Au(111),Ag(111),Al(111)和Al(100)襯底上進(jìn)行了同樣的電子結(jié)構(gòu)研究，進(jìn)一步證實(shí)了我們提出的

3、TSI+ICT模型。根據(jù)TSI+ICT模型，器件中的C60/金屬電極界面的電學(xué)性能與BML的功函數(shù)以及第二層分子的HOMO、LUMO能量位置直接相關(guān)，與清潔金屬襯底的功函數(shù)沒有直接關(guān)系。
　　我們對單層C60/金屬界面進(jìn)行了DFT理論研究，重點(diǎn)關(guān)注襯底重構(gòu)（被C60挖出凹坑）以及挖出的金屬原子（稱為填隙原子）對幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)重構(gòu)和填隙原子對樣品功函數(shù)有重要影響，并且導(dǎo)致更多的電子從金屬轉(zhuǎn)移給C60。
　　最后

4、，我們用STM研究了PC61BM/Au(111)的幾何結(jié)構(gòu)。在非典型重構(gòu)的Au(111)表面觀測到了三種不同的純相的PC61BM單層膜，分子密度從小到大分別為緊密排列的筆直雙分子排（CSMDR）單層膜，無序相單層膜和六角密排單層膜。除了范德瓦爾斯力和氫鍵，邊鏈的位阻效應(yīng)對高覆蓋度樣品的分子排列起重要作用。三種單層膜內(nèi)分子取向規(guī)則不一樣，考慮到PC61BM分子具有本征偶極矩，我們可以預(yù)言金屬表面PC61BM的不同排列結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致界面偶極矩的