Электронные свойства сопряженных молекулярных структур на поверхностях двумерных полупроводников: 2021 г. этап 2

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание для неспециалистов

Работа в 2021 году была посвящена экспериментальному установлению особенностей электронных энергетических характеристик валентной зоны и зоны вакантных состояний (зоны проводимости) при формировании пограничной области между молекулярными структурами на основе силицена, 4-кватерфенила (4Q), фталоцианина меди (CuPc) и тиофен-фенилен соолигомеров (ТФСО) с электронейтральными и электронакцепторными функциональными группами и выбранными поверхностями 2D полупроводников, CdS и ZnO, сформированных методом молекулярного наслаивания.
При исследованиях пограничного потенциального барьера установлено снижение значений работы выхода на 0.2-0.3 эВ в процессе термического осаждения пленок 4Q на поверхности CdS и ZnO, в отличие от того, что при осаждении пленки 4Q на поверхность окисленного кремния обнаружено повышение значений работы выхода 0.3 эВ. Основные изменения электронного потенциала происходят в достаточно узком слое органического покрытия, толщиной 2 nm. Установлены закономерности формирования потенциального барьера при осаждении пленок ТФСО на поверхностях CdS и ZnO. В слое органического покрытия TPCO-1 толщиной 2-3 нм происходит понижение значения работы выхода, в то время как в слое TPCO-2 происходит увеличение значений работы выхода на 0.2-0.3 эВ.
В ходе исследований методом электронной спектроскопии полного тока энергетических характеристик зон вакантных электронных состояний установлено энергетическое положение основных максимумов незаполненных электронных состояний ультратонких пленок 4Q, CuPc и ТФСО на поверхностях CdS и ZnO и окисленного кремния. Основные максимумы, характерные для исследованных пленок, расположены в энергетическом диапазоне от 5 eV до 20 eV выше EF, их расположение воспроизводимо при использовании трех выбранных материалов подложек. Установленные электронные энергетические характеристики валентной зоны и зоны проводимости, характерные изменения высоты, протяженности пограничного потенциального барьера между сопряженным органическим материалом и 2D полупроводником предоставляют новую научную информацию, которая может быть использована при разработке устройств органической электроники, например, органических полевых транзисторов, фототранзисторов, светоизлучающих диодов.

основные результаты по этапу (кратко)

В ходе работы при исследовании структуры Si/Ag(111)/W(110) впервые был выращен силицен на пленке серебра на несоразмерной ему подложке W(110). Установлены электронные характеристики валентной зоны сформированных 2D полупроводников на основе Si и бинарных 2D полупроводниковых поверхностей при использовании (Ar+) очистки. Впервые установлено снижение значений работы выхода на 0.2-0.3 эВ в процессе термического осаждения пленок 4Q на поверхности CdS и ZnO, сформированных методом ALD, в отличие от того, что при осаждении пленки 4Q на поверхность окисленного кремния обнаружено повышение значений работы выхода 0.3 эВ. Понижение значений работы выхода соответствует переносу электронного заряда из пленки 4Q в подложки CdS и ZnO. Основные изменения электронного потенциала происходят в достаточно узком слое органического покрытия, толщиной 2 nm. Впервые установлены закономерности формирования потенциального барьера при осаждении пленок TPCO-1 и TPCO-2 на поверхности CdS и ZnO, сформированных методом ALD. В слое органического покрытия TPCO-1 толщиной 2-3 нм происходит понижение значения Evac – EF, в то время как в слое TPCO-2 происходит увеличение значений Evac – EF на 0.2-0.3 эВ.
В ходе проекта впервые получены результаты исследований методом СПТ незаполненных электронных состояний ультратонких пленок 4Q на поверхностях CdS и ZnO, сформированных методом ALD и проведено сравнение c СПТ результатами исследований пленок 4Q на поверхности окисленного кремния. Максимумы незаполненных электронных состояний Q1-Q4, характерные для пленки 4Q, расположены в энергетическом диапазоне от 5 eV до 20 eV выше EF, их расположение воспроизводимо при использовании трех выбранных материалов подложки. Впервые установлено энергетическое положение основных максимумов ТССПТ в энергетическом диапазоне от 5 эВ до 20 эВ выше EF пленок CuPc и пленок тиофен-фенилен соолигомеров (ТФСО) с концевыми заместителями −CH3 и −CF3 (СH3−PTTP−CH3 и СF3-PTTP-СF3), сформированных на поверхностях CdS и ZnO, сформированных методом ALD. Максимумы ТССПТ пленок, содержащих группы −CF3, сдвинуты на 1 эВ в сторону меньших энергий, по сравнению с максимумами ТССПТ пленок, содержащих −CH3.
Установленные электронные энергетические характеристики валентной зоны и зоны проводимости, характерные изменения высоты, протяженности пограничного потенциального барьера между сопряженным органическим материалом и 2D полупроводником предоставляют новую научную информацию об электронных свойствах сформированных структур. Результаты могут быть использованы при разработке устройств органической электроники, например, органических полевых транзисторов, фототранзисторов, светоизлучающих диодов.

описание вклада в работу каждого из участников (учётная форма ЦИТиС)

Лазнева Элеонора Федоровна, вед. н.с., руководитель, – постановка задач исследования, интерпретация экспериментальных результатов, сопоставление с результатами теоретических расчетов.
Комолов Алексей Сергеевич, профессор - постановка задач исследования, интерпретация экспериментальных и теоретических результатов.
Герасимова Наталия Борисовна, инженер УТООП – участие в проведении экспериментов методом спектроскопии проходящих электронов.
Пшеничнюк Станислав Анатольевич, вед. н.с. - участие в проведении квантово-химических расчетов методами теории функционала плотности, интерпретация экспериментальных результатов.
Соболев Виталий Сергеевич, инженер-исследователь - участие в проведении экспериментов методом спектроскопии проходящих электронов.
Жижин Евгений Владимирович, инженер-исследователь - участие в проведении экспериментов методами электронной спектроскопии.

передача полной копии отчёта третьим лицам для некоммерческого использования: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

не разрешается

проверка отчёта на неправомерные заимствования во внешних источниках: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

не разрешается
АкронимRFBR_a_2020 - 2
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания22/03/2128/12/21

Ключевые слова

  • сопряженные органические молекулы
  • тиофен-фенилен соолигомеры
  • электронные свойства
  • двумерные полупроводники
  • силицен

Fingerprint

Просмотреть темы исследований, затронутые в этом проекте. Эти метки созданы на базе основных наград/грантов. Вместе они формируют уникальную картину активности.