Polarisationseffekte in organischen Halbleiterschichten und an deren Grenzflächen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projektes wurden elektronische Grenzflächeneigenschaften organischer Schichten untersucht. Als Modellmoleküle dienten Metall-Phthalocyanine (MPcs). Die Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung der elektronischen Struktur der Grenzflächen waren vor allem Elektronenspektroskopien und Röntgenabsorption, ergänzt durch optische Spektroskopien. Phänomene an Grenzflächen organischer Materialien beinhalten Polarisationseffekte, sie beeinflussen beispielsweise die Ladungsträgerinjektion in Bauelementen. Beiträge der Grenzflächen zur elektronischen Polarisation in Schichtsystemen wurden durch einen Vergleich der energetischen Verschiebungen von Photoelektronen- (Ein-Loch-Endzustände) und Augerlinien (Zwei-Loch-Endzustände) zugänglich (Augerparameterkonzept). Die Abschätzung der Polarisationsenergie in dünnen Filmen gelang durch den Vergleich der energetischen Verschiebungen entsprechender Photoelektronen- und Augerlinien der verschiedenen zentralen Metallatome der MPcs. An Grenzflächen war speziell der Augerparameter nützlich, der aus F 1s und F KLL Spektren fluorierter Phthalocyanine gewonnen wurde. Es hat sich gezeigt, dass die Metallatome der Übergangsmetall-Phthalocyanine (TMPcs) häufig in Ladungstransferprozesse an Grenzflächen involviert sind. Auch für das Verständnis dieser Ladungstransferprozesse war das Augerparameterkonzept sehr hilfreich – es konnte gezeigt werden, dass solche Ladungstransferprozesse komplex sind und auch den Makrozyklus des Pc einschließen. Ein wesentliches Ziel des Projektes war es, die Natur der Wechselwirkung zentralen Metallatoms des MPcs mit verschiedenen Substraten besser zu verstehen. Es wurde gezeigt, dass die elektronische Konfiguration und somit die magnetischen Eigenschaften des zentralen Metallatoms der TMPcs an den Grenzflächen sowohl vom Metallatom als auch vom Substrat abhängen. Ein Ladungstransfer zwischen dem Übergangsmetallatom und Metall-Substraten wurde für viele Systeme gefunden: CoPc/Ag, CoPc/Au, CoPc/Ni, MnPc/Ag, MnPc/Au, FePc/Ag. Der Ladungstransfer ist dabei mit einer Änderung der gesamten elektronischen Konfiguration des Übergangsmetalls verbunden. Eine spezielle Struktur in den XAS Spektren deutet in einigen Fällen auf eine Hybridisierung an der Grenzfläche hin. Die Möglichkeit der Beeinflussung der Ladungstransferprozesse zwischen dem zentralen Metallatom des TMPcs und Metallsubstraten wurde am Beispiel von CoPc/Ni(111) untersucht. Es wurde Graphen als Zwischenschicht zwischen Substrat und Molekül eingebracht. Obwohl ein Ladungstransfer vom Substrat zum Metallatom des TMPc durch Graphen nicht verhindert wird, ist die elektronische Situation für die beiden Substrate unterschiedlich. Die Einführung von Graphen-Zwischenschichten zwischen TMPcs und Metallen stellt damit einen möglichen Weg zur gezielten Veränderung der Wechselwirkungen an diesen Grenzflächen dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Charge transfer and polarization screening in organic thin films: phthalocyanines on Au(100), Appl Phys A -Mater, 95 (2009) 173-178
D. Kolacyak, H. Peisert, T. Chasse
- Site-specific charge transfer screening at organic/metal interfaces, J. Phys. Chem. C, 113 (2009) 19244–19250
H. Peisert, D. Kolacyak, T. Chassé
- Electronic Structure of Co-Phthalocyanine on Gold Investigated by Photoexcited Electron Spectroscopies: Indication of Co Ion- Metal Interaction, J. Phys. Chem. C 114 (2010) 17638–17643
F. Petraki, H. Peisert, I. Biswas, T. Chassé
- Interaction between Cobalt Phthalocyanine and Gold studied by X-ray Absorption and Resonant Photoemission Spectroscopy, J. Phys. Chem. Letters, 1 (2010) 3380–3384
F. Petraki, H. Peisert, I. Biswas, U. Aygül, F. Latteyer, A. Vollmer, T. Chassé
- Impact of the 3delectronic states of Cobalt and Manganese Phthalocyanines on the electronic structure at the interface to Ag(111), J. Phys. Chem. C, 115 (2011) 21334–21340
F. Petraki, H. Peisert, F. Latteyer, U. Aygül, A. Vollmer, T. Chassé
- Electronic Structure of FePc and Interface Properties on Ag(111) and Au(100), J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 11110-11116
F. Petraki, H. Peisert, U. Aygül, F. Latteyer, J. Uihlein, A. Vollmer, T. Chassé
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jp302233e) - Modification of the 3d-Electronic Configuration of Manganese Phthalocyanine at the Interface to Gold, J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 5121-5127
F. Petraki, H. Peisert, P. Hoffmann, J. Uihlein, M. Knupfer, T. Chassé
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jp211445n) - Communication: Influence of graphene interlayers on the interaction between cobalt phthalocyanine and Ni(111), The Journal of Chemical Physics, 138 (2013) 081101
J. Uihlein, H. Peisert, M. Glaser, M. Polek, H. Adler, F. Petraki, R. Ovsyannikov, M. Bauer, T. Chassé
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4793523)
