平面酞菁弱取向外延薄膜的KPFM研究

载流子传输一直是有机半导体研究中最核心的问题，通过弱外延生长方法可制备高取向、大面积连续的平面酞菁化合物薄膜，其迁移率可达到单晶水平。本论文中应用建立起来的有机半导体开尔文探针力显微镜(KPFM)表征方法，从微观水平研究了这种弱取向外延薄膜和常规的多晶有机半导体薄膜中结构和电特性的关系。 1. 建立了有机半导体的KPFM表征方法。KPFM用微探针方法同时获得样品的表面形貌和电势，本文第二章中论述了KPFM的工作原理、操作方法和成像机制，解释了相关的有机半导体表面态的问题。并且定量验证我们所建立的这种方法的可靠性。 2. 运用KPFM研究了多晶态的有机半导体CuPc和F16CuPc，直接观察到晶界势垒的存在，说明CuPc晶界处存在类施主的缺陷能级，F16CuPc晶界处存在类受主的缺陷能级，这两两种缺陷态分别俘获空穴和电子，使晶界周围的载流子耗尽而形成空间电荷区，限制了载流子的传输，我们从实验的角度证明了有机半导体中晶界限制载流子传输的理论。另外得到多晶CuPc高能量分辨的局域功函图像，越是π电子暴露的表面其功函越高。 3. 在导电的H-Si(111)衬底上制备出6P诱导弱取向生长的CuPc和F16CuPc薄膜，比较了和SiO2衬底上的弱外延生长薄膜的特征。KPFM观察到在CuPc界面处的能带弯曲和空穴累积，这大大降低了载流子传输沟道内CuPc晶界的势垒，从而其迁移率得到很大提高，这说明6P除了具有在结构上诱导使酞菁取向的作用外，还具有电子结构上的效应。另外研究了6P弱外延生长的亚单层F16CuPc薄膜，直接观察到在6P-F16CuPc界面存在强烈的电荷累积，这从微观上说明了有机异质结的电特性。