複合式有機半導體薄膜之電子結構與電性分析

Electronic Structure and Electrical Property of Bilayer Organic Semiconducting Thin Films

詹盛文(Sheng-Wen Chan)

指導教授 ： 楊耀文

國立清華大學/理學院/化學系/碩士(2010年)

摘要

本論文我們探討將兩種p型半導體材料，pentacene (PTC)與anthradithiophene (ADT)，依疊層結構或混合結構來製作有機薄膜，並且利用X光光電子發射能譜 (X-ray Photoemission Spectroscopy，XPS)、紫外光光電子能譜 (Ultraviolet Photoemission Spectroscopy，UPS)和原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope，AFM)等表面分析技術量測薄膜之分子能階狀態及表面成長形貌。再進一步運用這些有機半導體薄膜來製作有機場效電晶體元件並量測其載子遷移率等電性，綜合探討薄膜材料之電子能階、表面形貌與電性表現三者之間的關係。
疊層結構中，我們從UPS與XPS能譜中發現octadecyltrichlorosilane (OTS)與有機分子材料之介面有能帶彎曲現象，約有0.4 eV能帶偏移，而兩有機分子材料之間並未發生能帶彎曲現象。且我們發現ADT/PTC/SiO2有機薄膜之HOMO位置與費米能階之能量差值相當低，約0.32 eV，反映此結構有助於降低載子注入能障。實際利用此結構製作有機薄膜電晶體，量測載子遷移率為
2×10-2 cm2/Vs，比ADT/SiO2的載子遷移率7.4×10-3 cm2/Vs還要高。
從XPS特徵峰對膜厚度之變化關係與AFM影像所提供之形貌變化資訊，我們得知PTC成長在ADT薄膜上為近似二維成長模式，而ADT成長在PTC薄膜上為近似三維成長模式。最後我們以共蒸鍍製作混合結構有機薄膜，並以UPS能譜、AFM相移圖、XRD繞射圖，三種實驗技術看出混合結構確實有混合，而不是以相分離形式存在。從XRD繞射圖中看出混合結構有別於PTC與ADT，(200)繞射峰強度特別強，說明混合結構傾向延著a軸方向成長。

關鍵字

有機薄膜 ； 介面

參考文獻

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