臺灣博碩士論文加值系統

常見的有機半導體分子四苯基並四環素(rubrene) 與二�妥O苯二甲酸四酐(PTCDA)等，前者具有極高的載子移動率，後者可作為n型有機半導體材料，因此在未來的發展和應用上具有相當的潛力。
本研究中利用蒸鍍的方式將rubrene分子蒸鍍在乾淨的金(100) 表面與以正辛硫醇進行自組裝的金(111)修飾面上。也利用同樣的方式使PTCDA成長於銅(111)以及銅(111)-(√7×√7)R19.1°-S表面上。為了對吸附分子的電子結構、吸附方式以及鍵結位向有所了解，實驗中結合了程溫脫附法 (Temperature-Programmed Desorption, TPD)、低能量電子繞射(Low Energy Electron Diffraction, LEED)、X光光電子發射能譜(X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS)術和近緣X光吸收細微結構光譜(Near Edge X-ray Absorption Fine Structure，NEXAFS)術等常見的表面分析技術。
從rubrene分子之TPD實驗結果得知，分子與金屬基材間具有化學鍵結，化學吸附的脫附峰溫度為430到575 K。綜合NEXAFS
ii
實驗的結果，我們得知在多層吸附量時rubrene分子在乾淨的乾淨的金(100) 表面與以正辛硫醇進行自組裝的金(111)修飾面上皆沒有特定位向的排列。在薄層時，分子本身的四環素骨幹則與基材以夾角為40°的斜躺方式吸附於乾淨的金(100)表面上，而旁接的四個苯環則沒有特定位向性。相同條件下在正辛硫醇−金(100)修飾面上則沒有觀察到相似的現象，推論是由於rubrene分子在修飾面上所感受到的來自於基材的作用力下降所導致的結果。
在PTCDA分子的TPD實驗結果中，可以發現當分子吸附在銅(111)以及銅(111)-(√7×√7)R19.1°-S這兩種晶面上時皆有強化學作用力，然而具有不同的動力學性質。而從高解析度的XPS能譜中，可以發現在吸附在銅(111)表面上時，從單層到厚層羰�痐完q子束縛能往高能量的位置偏移，表示不同吸附量的薄膜在電子結構上的差異，這樣的差異性也反映在不同吸附量的NEXAFS能譜中。而在含硫的銅(111)修飾面的能譜圖則皆與厚層膜時所得到的結果相近，沒有太大的變化，與從NEXAFS能譜中所觀察到的現象一致。從C-K edge NEXAFS實驗結果中，發現在單層吸附時由於與分子在與這兩種不同的晶面形成化學鍵結時作用力上的差異，分子的羰基與芳香環主體具有特定的傾角差異。從分析結果得知在乾淨的基材以及修飾面上時上述兩官能基之間分別有10°和20°的夾角，代表在電子結構上的差異性。

中文摘要……………………………………………………………ii
致謝…………………………………………………………………iv
目錄………………………………………………………………v
圖目錄……………………………………………………………… viii
第一章 序論………………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………………1
1.2 有機薄膜材料簡介……………………………………1
1.3 有機半導體簡介及其應用………………………………3
1.4 四苯基並四環素分子簡介…………………………9
1.5 二�妥O苯二甲酸四酐分子簡介…………………………10
1.6 研究動機與目的…………………………………………11
第二章 實驗儀器設備與藥品…………………………………12
2.1 藥品與氣體……………………………………………12
2.2 超高真空系統………………………………………13
2.3 同步輻射光………………………………………………16
2.4 X光光電子發射能譜原理……………………………17
2.5 近緣X光吸收細微結構光譜原理……………………20
2.6程溫脫附法………………………………………… 26
2.7低能量電子繞射………………………………………26
第三章 實驗步驟與數據處理……………………………………27
3.1 超高真空系統……………………………………………27
3.1.1 超高真空的準備……………………………………27
3.1.2 超高真空系統中金(100)與銅(111)單晶的清潔處理………………………………………………28
3.1.3 吸附化學樣品的純化………………………………28
3.1.4 超高真空自我組裝薄膜樣品的製備……………29
3.2 TPD實驗法………………………………………………30
3.3 LEED實驗方法……………………………………………30
3.4 XPS實驗方法……………………………………………31
3.5 XPS能譜數據處理………………………………………31
3.6 NEXAFS實驗方法……………………………………32
3.7 NEXAFS能譜數據處理…………………………………40
第四章實驗結果與討論……………………………………………43
4.1基材表面LEED實驗結果………………………………43
4.2 Rubrene分子在金(100)表面的吸附結構………………45
4.2.1 rubrene分子程溫脫附實驗結果…………………45
4.2.2 rubrene分子XPS能譜實驗結果…………………49
4.2.3 rubrene吸附在乾淨的金(100)表面 NEXAFS實驗結果…………………………………………51
4.2.4 rubrene吸附在條狀結構的正辛硫醇-金(100)表面NEXAFS實驗結果…………………………61
4.3 PTCDA分子在銅(111)表面的吸附結構………………65
4.3.1 PTCDA分子程溫脫附實驗結果……………… 65
4.3.2 PTCDA分子XPS能譜實驗結果………………… 69
4.3.3 PTCDA分子吸附在乾淨的銅(111)表面NEXAFS實驗結果…………………………………………… 82
4.3.4 PTCDA分子吸附在銅111)-(√7×√7)R19.1°-S表面NEXAFS實驗結果………………………92
第五章 結論……………………………………………………98
第六章 參考文獻………………………………………………101

1.Heeger, E.J.; A.G. MacDiarmid; Shirakawa, H. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 1013.
2.Witte, G..; W�匜l, C. J. Mater. Res. 2004, 19, 1889.
3.Bernanose, A.; Comte, M.; Vouaux,P. J. Chim. Phys. 1953, 50, 64.
4.Vanslyke, S. A.; Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 913.
5.Burroughes, J. H.; Bradley, D. D. C.; Brown, A. R.; Marks, R. N.; Mackay, K.; Friend, R. H.; Burns, P. L.; Holmes,A. B. Nature 1990, 347, 539.
6.Horowitz, G. ; Fichou, D. ; Peng, X. Z; Xu, Z. G. ; Garnier, F. Solid State Commun. 1989, 72, 381.
7.Sch�圢, J.H.; Kloc, C.; Batlogg, B. Org. Electron. 2000, 1, 57
8.Dimitrakopoulos, C. D.; Malenfant, P. R. L. Advanced Materials, 2002, 2, 99.
9.Kallmann, H.; Pope, M. J. Chem. Phys. 1959, 30, 58.
10.Geacintov, N.; Pope, M.; Kallmann, H. J. Chem. Phys. 1966, 45, 2639.
11.Gregg, B. A.; Fox, M. A.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 1990, 94, 1586.
12.Benanti, T, L.; Venkataraman, D. Photosynthesis Research 2006, 87, 73
13.Rogers, J. A.; Gershenson, M. E.; Someya, T.; Willett, R. L. Science 2004, 12 ,1644
14.Forrest, S. R. Chem. Rev. 1997, 97, 1793
15.Karl, H.; Marktanner, J.; M�刡ch, M.; Schatz, F.; Stehle, R. J. Vac. Sci. Technol. A 1999, 17, 2318
16.沈鼎昌, “神奇的光-同步輻射”, 牛頓出版股份有限公司, 1999.
17.Vickerman, J. T. “Surface Analysis-The Principal Techniques”, John Wiley & Sons, New York, 1997.
18.Anthony, M. T.; Seah M. P.; Surf. Inter. Anal. 1984, 6, 95.
19.Nieman, S. H. “Instrumental Analysis”, Saunders College Publishing, New York, 1997.
20.Zharnikov, M.; Frey, S; Heister, K.; Grunze, M. J. Electron Spec. Relat. Phenom. 2002, 124, 15.
21.Outka, D. A.; St�仡r, J.; Rabe, J. P.; Swalen, J. D. J. Chem. Phys. 1988, 88, 4076.
22.Schertel, A.; Hahner, G.; Grunze, M.; Woll, Ch. J. Vac. Sci. Technol. A 1996, 14, 1801.
23.Hennies, F.; F�仡lisch, A.; Wurth, W.; Witkowski, N.; Nagasono, Mitsuru, Surf. Sci. 2003, 529, 144.
24.Matsui, F.; Yeom, H. W.; Matsuda, I.; Ohta, T. Phys. Rev. B 2000, 62, 5036.
25.Jin, H.; Kinser, C. R.; Bertin, P. A.; Kramer, D. E.; Libera, J. A.; Hersam, M. C.; Nguyen, S. T; Bedzyk, M. J. Langmuir 2004, 20, 6252.
26.Fischer, D.; Marti, A.; Hahner, G. J. Vac. Sci. Technol. A 1997, 15, 2173.
27.Kinzler, M.; Schertel, A.; H�鑷ner, G.; W�匜l, Ch.; Grunze, M.; Albrecht, H.; Holzh�厎er, G.; Gerber, Th. J. Chem. Phys, 1994, 100, 7722.
28.Yang, Y. W.; Fan, L. J.; Dann, T. E.; Lai L. J. J. Synchrotron. Rad. 2001, 8, 1121.
29.Domange, J.L.; Oudar, J. Surf. Sci. 1968, 11, 125.
30.Mitchell, K.A.R.; Saidy, M. Surf. Sci. 1999, 441, 425.
31.Yang, Y. W.; Fan, L. J. Langmuir 2002, 18, 1157.
32.W�匜l, Ch.; Witte, G.; Ruppel, L.; K�矚er, D. Phy. Rev. Lett. 2005, 95, 16602.
33.Armstrong, N. R.; Collins, G. E.; Schuerlein, T. J. ; Schmidt, A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 11770.
34.Umbach, E.; Fink, R.; Schmidt, T.; Urquhart, S. G.; H�佒ner, D.; Sch�匜l, A. Chem. Phys. Lett. 2004, 392, 297.
35.Umbach, E.; Fink, R.; Schmidt, T.; Jung, M.; Zou, Y.; Sch�匜l, A. J. Chem. Phys, 2004, 121, 10260.
36.Gelius, U.; Svensson, S.; M�熳tensson, N.; Nilsson, A.; Nordfors, D. J. Chem. Phys, 1988, 88, 2630.
37.Umbach, E.; Fink, R.; Schmidt, T.; Kilian, L.; Zou, Y.; Sch�匜l, A. Surf. Sci. 2006, 600, 1240.
38.Umbach, E.; Fink, R.; Schmidt, T.; Urquhart, S. G.; Huebnerm, D.; Zou, Y.; Sch�匜l, A. J. Chem. Phys, 2005, 123, 044509.
39.Hauschild, A.; Karki, K.; Cowie, B.C.C.; Rohlfing, M.; Tautz, F.S.; Sokolowski, M. Phy. Rev. Lett. 2005, 94, 036109.
40.Hauschild, A.; Karki, K.; Cowie, B.C.C.; Rohlfing, M.; Tautz, F.S.; Sokolowski, M. Phy. Rev. Lett. 2005, 95, 209602.