有機-有機界面效應的原位及非原位研究

摘要：有機-有機異質結構已被廣泛應用于各種有機電子器件，包括有機發光二極管（OLEDs）、有機場效應晶體管（OFETs）和有機太陽能電池等。全面理解有機-有機異質結構的界面效應，對于器件的設計和性能優化具有重要意義。然而由于有機半導體具有多樣的化學特性以及分子間較弱的范德華力，界面電荷傳輸特性與有機-有機電子結構、環境氣氛等密切相關。在此，我們報道了隨著頂層半導體并五苯（pentacene）的沉積，并五苯/酞菁氧釩（VOPc）異質結構的原位實時電學性能監測。結果顯示，異質結構晶體管的p型遷移率從0.4 cm2?V?1?s?1下降至0.2 cm2?V?1?s?1，而n型遷移率從0.01cm2?V?1?s?1迅速增加至約0.9 cm2?V?1?s?1。這種n型輸運行為的增強歸因于pentacene向VOPc的界面電子轉移效應以及由此導致的VOPc層中陷阱態的填充。此外，非原位實驗對比表明，當晶體管制備過程暴露于大氣時會明顯抑制這種界面電荷轉移效應，導致沉積pentacene后n型輸運幾乎沒有得到改善。薄膜形態、開爾文探針力顯微鏡（KPFM）和X射線光電子能譜（XPS）的結果表明，界面處存在從pentacene到VOPc的電子轉移。進一步的密度泛函理論（DFT）計算表明，由于pentacene/VOPc之間較強的相互作用，pentacene往VOPc的電荷轉移量約為0.15 e。此外，O2/H2O的存在會抑制這種界面電荷轉移效應，這與我們的實驗結果一致。本研究通過原位電學表征對有機-有機界面之間的電荷轉移效應給出了深入解釋，有利于進一步的器件性能優化及界面效應分析。

關鍵詞：有機-有機異質結構；原位表征；電荷轉移效應；有機場效應晶體管；O2/H2O摻雜

中圖分類號：O647