Über den Einfluss von Phthalocyanin-Monolagen auf die Struktur organischer Dünnfilme auf Metalloberflächen

In der vorliegenden Dissertation wird der Einfluss von Monolagen der molekularen, organischen Halbleiter Kupferphthalocyanin (CuPc) und Titanyl- Phthalocyanin (TiOPc) auf das Wachstum und die Struktur von mehrschichtigen organischen Dünnfilmen auf Metallsubstraten unter...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Mänz, Alexander
Beteiligte: Witte, Gregor (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2017
Physik
Ausgabe:http://dx.doi.org/10.17192/z2017.0350
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:In der vorliegenden Dissertation wird der Einfluss von Monolagen der molekularen, organischen Halbleiter Kupferphthalocyanin (CuPc) und Titanyl- Phthalocyanin (TiOPc) auf das Wachstum und die Struktur von mehrschichtigen organischen Dünnfilmen auf Metallsubstraten untersucht. Im homomolekularen Fall wird der Einfluss von polaren TiOPc-Mono- und -Bilagen auf die TiOPc-Multilagenstruktur charakterisiert. Wachstumsphasen von dünnen Schichten werden bedeckungsabhängig mit Rastertunnelmikroskopie (STM) untersucht. Die 2D-Einheitszellenparameter sowie die molekulare Orientierung relativ zum Substrat werden analysiert und mit Ergebnissen aus der Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) und der Infrarot-Spektroskopie (IRAS) verglichen. Mithilfe von Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Röntgenbeugung (XRD) wird die Morphologie und Kristallinität von Multilagenfilmen mit Charakteristika der Grenzfläche korreliert. Auf Ag(111)-Substraten werden im Bedeckungsbereich der Submonolage drei Phasen unterschiedlicher Kommensurabilität gefunden. Auf Au(111)-Oberflächen sind dazu vergleichbare (Sub- )Monolagenstrukturen zu finden, welche eine deutlich inhomogenere lokale Bedeckung zeigen. Für beide Substrate und alle Bedeckungen kann eine Orientierung der Sauerstoffe in Richtung des Vakuums festgestellt werden. Bei Adsorption von Bilagenmolekülen nehmen diese eine vertikal gespiegelte Geometrie ein und bilden durch Wechselwirkung mit den Monolagenmolekülen und dem Substrat intrinsisch stabilisierte Doppellagen aus. Diese sind Konstruktionsgrundlage für mehrschichtige Filme, welche aufgrund schlechter geometrischer Kongruenz zwischen der komprimierten Bilagenstruktur und den Bulk-Polymorphismen stark entnetzen. Die Ausbildung eines Stranski-Krastanov-Wachstumsmodus mit 1 – 2 benetzenden Doppellagen und separierten Kristalliten ist die Folge. Auf Metall-, Salz- und Halbleiteroberflächen adaptierte Polymorphismen (Phase I und ß-Phase) entsprechen den Bulk-Phasen des TiOPc-Ausgangspulvers. Das Auftreten der ß-Phase hängt dabei kritisch vom Substrat und damit von der Beschaffenheit der Metall-Organik-Grenzfläche ab. Im heteromolekularen Fall wird die Struktur von Dünnfilmen des organischen Halbleiters Pentacen (Pen) auf einer Monolage CuPc auf Münzmetalloberflächen untersucht. Als vorangehende Studie wird zunächst die Präparation von stark gebundenen CuPc-Monolagen über die Desorption von CuPc-Multilagen diskutiert. Für Ag(111)- und Au(111)-Oberflächen zeigt sich ein Temperaturfenster von 520K< T < 550K, in welchem CuPc-Multilagen desorbiert werden müssen, um eine langreichweitig geordnete, dichtgepackte Monolage zu erhalten. Auf Au(111)-Oberflächen ist diese stabil gegen kurzzeitigen Lufteinfluss. Auf Ag(111)-Substraten führt Luftkontakt zu einer Oxidation der Oberfläche und zur Aufhebung der langreichweitigen Ordnung. Auf Cu(001)- Oberflächen verhindert die starke Substrat–Adsorbat-Wechselwirkung eine Monolagenpräparation bei hohem molekularem Fluss. Sukzessive Deposition von Pentacen führt im niedrigen Bedeckungsbereich (~2nm) zu einer undefinierten, metastabilen Struktur auf allen Substraten. Die Dicke dieser Struktur ist substratabhängig und wird durch die Konkurrenz verschiedener Anteile der Van-der-Waals-Wechselwirkung erklärt. Auf allen betrachteten Substraten zeigen AFM-Messungen, dass die metastabile Phase nach wenigen Lagen in eine kristalline Struktur mit aufrechter Molekülgeometrie übergeht. Untersuchungen der Kristallinität der pyramidalen Domänen zeigen das exklusive Auftreten der substratinduzierten Dünnfilmphase und eine starke Abhängigkeit von der Rauigkeit der zugrundeliegenden CuPc-Monolage. Dies zeigen vergleichenden Studien an Pentacen-Dünnfilmen auf einer gestörten CuPc-Monolage auf Cu(001)-Substraten und auf polykristallinem Gold. Hinsichtlich der Multilagenstruktur kann der Einfluss einer CuPc-Kontaktschicht auf Pentacen-Dünnfilme mit dem von selbstassemblierenden Monolagen verglichen werden.
DOI:http://dx.doi.org/10.17192/z2017.0350