Морфологічно-залежні стани дефектів у кристалічних плівках руб¬рену, вирощених методом епітаксії з гарячими стінками
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.4.359Ключові слова:
рубрен, епiтаксiя з гарячими стiнками, наноструктури, дефектний стан, морфологiя плiвки, енергетичне розупорядкування, термiчно стимульована люмiнесценцiяАнотація
Наноструктури рубрену, вирощенi методом епiтаксiї з гарячими стiнками на пiдкладинках зi слюди, дослiджено за допомогою фотолюмiнесцентної (ФЛ) спектроскопiї та методом термостимульованої люмiнесценцiї (ТСЛ). Рiзнi морфологiї плiвок, що були охарактеризованi методами оптичної й електронної мiкроскопiї, отримували шляхом варiювання умов осадження. Встановлено, що температурно-залежнi ФЛ спектри iстотно залежать вiд морфологiї шарiв рубрену. Плiвки, вирощенi протягом короткого часу осадження, демонструють ФЛ спектри, в яких домiнує випромiнювання власних екситонiв, зi слабким загасанням iнтенсивностi сигналу в умовах зростання температури. Натомiсть плiвки, вирощенi протягом довших часiв осадження i в умовах вищих температур пiдкладинки, виявляють додатковi випромiнювальнi стани, а їх iнтенсивнiсть ФЛ зазнає сильного температурного гасiння. Основними є такi результати цiєї роботи: (i) у плiвках рубрену, вирощених за умов тривалого часу осадження i пiдвищеної температури пiдкладинки, формується специфiчний структурно-зумовлений дефектний стан, який дiє як окрема пастка для дiрок з глибиною 0,23 еВ, що визначено методом ТСЛ; цей дефект зумовлює появу широкої низькоенергетичної смуги випромiнювання, що домiнує в спектрах ФЛ за кiмнатної температури; (ii) контрольоване окиснення кристалiв рубрену демонструє, що пастка для дiрок, виявлена методом ТСЛ, не пов’язана з киснем, а має походження вiд власного кристалiчного дефекту; (iii) метод ТСЛ виявляє неперервний розподiл мiлких локалiзованих станiв, подiбний до хвостiв зон, якi виникають внаслiдок власного енергетичного розупорядкування в матерiалi. Цi мiлкi стани вiдповiдають за низькотемпературнi смуги ТСЛ поблизу температури 30 К i за зсув спектрiв ФЛ у довгохвильовий бiк спектра зi збiльшенням часу затримки, яке спостерiгається в часороздiльних вимiрюваннях ФЛ.
Посилання
1. V. Podzorov, E. Menard, A. Borissov, V. Kiryukhin, J.A. Rogers, M.E. Gershenson. Intrinsic charge transport on the surface of organic semiconductors. Phys. Rev. Lett. 93, 086602 (2004).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.086602
2. M. Yamagishi, J. Takeya, Y. Tominari, Y. Nakazawa. High-mobility double-gate organic single-crystal transistors with organic crystal gate insulators. Appl. Phys. Lett. 90, 182117 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2736208
3. J. Takeya, J. Kato, K. Hara, M. Yamagishi, R. Hirahara, K. Yamada, Y. Nakazawa, S. Ikehata, K. Tsukagoshi, Y. Aoyagi, T. Takenobu, Y. Iwasa. In-crystal and surface charge transport of electric-field-induced carriers in organic single-crystal semiconductors. Phys. Rev. Lett. 98, 196804 (2007).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.196804
4. Se-W. Park, S.H. Jeong, J.-M. Choi, J.M. Hwang, J.H. Kim, S. Im. Rubrene polycrystalline transistor channel achieved through in situ vacuum annealing. Appl. Phys. Lett. 91, 033506 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2756379
5. M. Nothaft, J. Pflaum. Thermally and seed-layer induced crystallization in rubrene thin films. Phys. Status Solidi B 245, 788 (2008).
https://doi.org/10.1002/pssb.200743463
6. C.H. Hsu, J. Deng, C.R. Staddon, P.H. Beton. Growth front nucleation of rubrene thin films for high mobility organic transistors. Appl. Phys. Lett. 91, 193505 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2805030
7. T. Nguyen, T.N. Manh, H. Sitter, D. Stifter. Preparation of pristine and Ba-doped C 60 films by hot-wall epitaxy. J. Cryst. Growth 174, 828 (1997).
https://doi.org/10.1016/S0022-0248(97)00062-6
8. A. Andreev, G. Matt, C.J. Brabec, H. Sitter, D. Badt, H. Seyringer, N.S. Sariciftci. Highly anisotropically selfassembled structures of para-sexiphenyl grown by hot-wall epitaxy. Adv. Mater. 12, 629 (2000).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200005)12:9<629::AID-ADMA629>3.3.CO;2-J
9. H. Sitter. Silicon Forever! Really?. In: Organic Nanostructures for Next Generation Devices. Edited by K. AlShamery, H.-G. Rubahn, H. Sitter (Springer-Verlag, 2008), p. 327-334.
10. A. Kadashchuk, A. Andreev, H. Sitter, N.S. Sariciftci, Y. Skryshevski, Y. Piryatinski, I. Blonsky, D. Meissner. Aggregate states and energetic disorder in highly ordered nanostructures of para-sexiphenyl grown by hot wall epitaxy. Adv. Funct. Mater. 14, 970 (2004).
https://doi.org/10.1002/adfm.200305065
11. A. Kadashchuk, D.S. Weiss, P.M. Borsenberger, S. Neˇsp'urek, N. Ostapenko, V. Zaika. The origin of thermally stimulated luminescence in neat and molecularly doped charge transport polymer systems. Chem. Phys. 247, 307 (1999).
https://doi.org/10.1016/S0301-0104(99)00169-X
12. A. Kadashchuk, Yu. Skryshevski, Yu. Piryatinski, A. Vakhnin, E.V. Emelianova, V.I. Arkhipov, H. B¨assler, J. Shinar. Thermally stimulated photoluminescence in poly(2,5-dioctoxy p-phenylene vinylene). J. Appl. Phys. 91, 5016 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1464235
13. A. Kadashchuk, Yu. Skryshevski, A. Vaknin, N. Ostapenko, E.V. Emelianova, V.I. Arkhipov, H. Bassler. Thermally stimulated photoluminescence in disordered organic materials. Phys. Rev. B 63, 115205 (2001).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.115205
14. V.I. Arkhipov, E.V. Emelianova, A. Kadashchuk, H. B¨assler. Hopping model of thermally stimulated photoluminescence in disordered organic materials. Chem. Phys. 266, 97 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0301-0104(01)00332-9
15. O. Mitrofanov, D.V. Lang, C. Kloc, J.M. Wikberg, T. Siegrist, W.-Y. So, M.A. Sergent, A.P. Ramirez. Oxygen-related band gap state in single crystal rubrene. Phys. Rev. Lett. 97, 166601 (2006).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.166601
16. M. Kytka, L. Gisslen, A. Gerlach, U. Heinemeyer, J. Kovaˇc, R. Scholz, F. Schreiber. Optical spectra obtained from amorphous films of rubrene: Evidence for predominance of twisted isomer. J. Chem. Phys. 130, 214507 (2009).
https://doi.org/10.1063/1.3147009
17. H. B¨assler. Exciton and charge carrier transport in random organic solids. In: Disordered Effect on Relaxational Processes (Springer-Verlag, 1994).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-78576-4_18
18. H. B¨assler, B. Schweitzer. Site-selective fluorescence spectroscopy of conjugated polymers and oligomers. Acc. Chem. Res. 32, 173 (1999).
https://doi.org/10.1021/ar960228k
19. S. Guha, J.D. Rice, Y.T. Yau, C.M. Martin, M. Chandrasekhar, H.R. Chandrasekhar, R. Guentner, P. Scanduicci de Freitas, U. Scherf. Temperature-dependent photoluminescence of organic semiconductors with varying backbone conformation. Phys. Rev. B 67, 125204 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.125204
20. W.A. Yee, V.A. Kuzmin, D.S. Kliger, G.S. Hammond, A.J. Twarowshi. Charge carrier trapping effect by luminescent dopant molecules in single-layer organic light emitting diodes. J. Am. Chem. Soc. 79, 5104 (1979).
21. M. Uchida, C. Adachi, T. Koyama, Y. Taniguchi. Charge carrier trapping effect by luminescent dopant molecules in single-layer organic light emitting diodes. J. Appl. Phys. 86, 1680 (1999).
https://doi.org/10.1063/1.370947
22. S.J. Strickler, R.A. Berg. Relationship between absorption intensity and fluorescence lifetime of molecules. J. Chem. Phys. 37, 814 (1962).
https://doi.org/10.1063/1.1733166
23. C. Krellner, S. Haas, C. Goldmann, K.P. Pernstich, D.J. Gundlach, B. Batlogg. Density of bulk trap states in organic semiconductor crystals: Discrete levels induced by oxygen in rubrene. Phys. Rev. B 75, 245115 (2007).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.245115
24. P.W. Anderson. Absence of diffusion in certain random lattices. Phys. Rev. 109, 1492 (1958).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.109.1492
25. T. Djuric, H.-G. Flesch, M. Koini, Sh.M. Abd Al-Baqi, H. Sitter, R. Resel. Structural properties of rubrene thin films grown on mica. In: Interface Controlled Organic Thin Films. Edited by H.-G. Rubahn, H. Sitter, G. Horowitz, K. Al-Shamery (Springer, 2009), p. 49-52.
https://doi.org/10.1007/978-3-540-95930-4_8
26. E.A. Silinsh. Organic Molecular Crystals. Their Electronic States (Springer, 1980).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-81464-8
27. M. Pope, C. E. Swenberg. Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers (Oxford University Press, 1999).
https://doi.org/10.1093/oso/9780195129632.001.0001
28. K.H. Probst, N. Karl. Energy levels of electron and hole traps in the band gap of doped anthracene crystals. Phys. Status Solidi A 27, 499 (1975).
https://doi.org/10.1002/pssa.2210270219
29. H. Sirringhaus, P.J. Brown, R.H. Friend, M.M. Nielsen, K. Bechgaard, B.M.W. Langeveld-Voss, A.J.H. Spiering, R.A.J. Janssen, E.W. Meijer, P. Herwig, D.M. de Leeuw. Two-dimensional charge transport in self-organized, highmobility conjugated polymers. Nature 401, 685 (1999).
30. V.A. Lisovenko, M.T. Shpak, B.G. Antonjuk. Edge dislocations - emission centres in deformed anthracene single crystals. Chem. Phys. Lett. 42, 339 (1976).
https://doi.org/10.1016/0009-2614(76)80378-8
31. Y. Okada, M. Uno, J. Takeya. Low-temperature thermal conductivity of rubrene single crystals: quantitative estimation of defect density in bulk and film crystals. MRS Proceedings 1154, B10-59 (2009).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
