含氟诱导层弱外延生长酞菁薄膜

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fmylqy
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弱外延生长方法可以实现高品质酞菁类薄膜的的制备,基于这种方法制备出的薄膜在有机电子学领域显示出巨大的应用潜力。在弱外延方法中,诱导层材料的选择直接决定了外延薄膜的生长行为和质量。采用非氟代联苯封端棒状分子作为诱导层时,平面酞菁的弱外延生长得到了深入的研究,其外延机理基本上是清晰的,同时,非平面酞菁的弱外延生长也取得了一定程度上的成功。因此,继续拓宽诱导层材料窗口,进一步研究弱外延生长机理和掌握酞菁分子的生长习性是必要的。本论文首先引入了一系列氟取代位置和数量不同的棒状分子作为诱导层,详细分析了平面酞菁在该系列含氟诱导层上的弱外延生长行为和机理,然后研究了非平面酞菁在含氟诱导层上的生长习性及薄膜形态结构与器件性能的关系。  1.引入了一系列含氟的以氟苯基封端的棒状分子作为弱外延生长诱导层,分别是间位氟取代的m-F2BP3T,对位氟取代的p-F2BP3T,间位双氟取代的F4BP3T,及参比分子BP3T,研究了该系列分子的薄膜生长行为和结构。该系列分子薄膜生长初期都表现出层状生长行为,形成大尺寸平整的薄膜,适合作为诱导层。各分子保持层状生长的厚度和结构演变行为对氟取代位置和数量表现出依赖性,但随着薄膜厚度的增加,生长方式上都表现出层状到岛状的转变,结构上表现出薄膜相到体相的转变。另一方面,该系列分子在SiO2基底上都是立着生长,且保持了单斜结构和鱼骨刺排列方式。该系列分子的层状生长行为和相同的分子排列方式为进一步研究弱外延生长机理和非平面酞菁的弱外延生长习性提供了基础。  2.采用上述分子作为诱导层,研究了平面酞菁在其上生长时的弱外延行为和机理。H2Pc在m-F2BP3T和F4BP3T上形成高取向薄膜,而在p-F2BP3T上形成无规取向的网络状薄膜,这与H2Pc和p-F2BP3T之间可能存在弱氢键作用而使得分子-基底间作用力增强有关。联苯封端棒状分子作为诱导层时,外延层分子与基底间是范德华力,表面沟道效应和晶格匹配效应主导薄膜成核生长,形成高取向薄膜,而当分子-基底间作用力增强后,沟道效应明显减弱,同时对两者间晶格匹配的要求提高,因而不能实现良好的弱外延生长。H2Pc(CuPc)在单双层p-F2BP3T上的形态差异,进一步说明了以上观点,当晶格失配度小于某一临界值时,晶格匹配效应就会重新主导薄膜成核生长,实现良好的外延生长,得到单一取向的薄膜。对于H2Pc(CuPc)/p-F2BP3T体系,这个晶格失配的临界值可能是5%。  3.研究了另一类酞菁非平面酞菁在含氟诱导层上的弱外延生长行为。非平面酞菁PbPc的薄膜形态表现出对m-F2BP3T厚度的依赖性,但结构上都是单一的三斜结构,平面外(001)和(100)取向相对强度发生变化。在单分子层m-F2BP3T上得到的是近似层状生长且平面外几乎单一(001)取向的PbPc薄膜,平面内,PbPc主要表现出两类取向,都是无公度外延生长。另一方面,通过调节基底温度可以得到层状生长的且不同于体相三斜结构的PbPc薄膜,层状生长是晶格匹配效应和沟道效应显著的结果。基于弱外延的PbPc薄膜晶体管器件性能与其薄膜质量和结构密切相关,最高迁移率为0.31cm2/Vs,比文献报道值高出两个量级。
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