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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 untersucht. Im homomolekularen...
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| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2017
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | 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. |
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| Physical Description: | 217 Pages |
| DOI: | 10.17192/z2017.0350 |