Düz Ve Basamaklı Au(111) Ve Ag(111) Yüzeyler Üzerinde Perfluoropentacene Ince Filmlerin Araştırılması


DANIŞMAN M. F. (Yürütücü)

TÜBİTAK Projesi, 2013 - 2017

  • Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
  • Başlama Tarihi: Ekim 2013
  • Bitiş Tarihi: Ekim 2017

Proje Özeti

Organik yarı-iletkenler (OYİler) hakkındaki çalışmalar, bu maddelerin başta ince film tranzistörler (İFT), ışık açan diyotlar (ISD) ve güneş hücreleri (GH) olmak üzere, farklı elektronik aygıt uygulamalarındaki üstün/ümit vaat eden özellikleri nedeni ile artan bir hızda/yoğunlukta devam etmektedir. Farklı cins elektronik aygıtların organik bileşenlerden üretilebilmesi için elektrik yükü taşıma şekline göre iki farklı tip OYİye ihtiyaç bulunmaktadır: Bunlar elektron taşıyıcı (n-tipi) OYİler ve oyuk (hole) taşıyıcı (p-tipi) OYİlerdir. Buna ilave olarak OYİler yapılarına göre küçük moleküller, polimerler ve karbon esaslı malzemeler (C60, karbon nanotüpler gibi) olmak üzere üç sınıfa ayrılabilirler. Küçük moleküller içerisinde asenler (acene) öne çıkan bileşik türlerinden biridir ve bunlar içinde de pentasen (C22H14) ince film tranzistör (İFT) uygulamalarındaki yüksek elektrik yük taşıyıcı hızı (mobility) ile model bir p-tipi OYİ olarak çok derinlemesine bir şekilde araştırılmış ve halen araştırma konusu olmaya devam etmektedir. N-tipi küçük molekül OYİler p-tipleri kadar derinlemesine anlaşılamamış olmakla birlikte bu grup içinde pentasenin tamamen florlanmış hali olan perfloropentasen (PFP,C22F14) son yıllarda İFT uygulamalarında öne çıkan bir molekül olmuştur. Bir organik elektronik aygıtın performansını belirleyen en önemli faktörlerden biride aygıt içerisindeki OYİ film/metal elektrot arayüzeyin yapısıdır. Ancak metal yüzeyler üzerinde PFP filmlerin yapısal ve elektronik özelikleri henüz yeterince çalışılmadığı gibi mevcut sınırlı sayıdaki çalışmalarda da sadece standart bir film büyütme tekniği olan termal buharlaştırma (TB) yöntemi kullanılmıştır.
Bu projede düz ve basamaklı (vicinal) Au(111) ve Ag(111) yüzeyler üzerindeki PFP ince filmlerin, film kalınlığına, film büyütme esnasındaki molekül akısı ve enerjisine ve metal yüzeyin basamak yoğunluğuna bağlı yapılarının aydınlatılması ve dolayısıyla en yüksek kaliteli filmi veren parametrelerin ortaya çıkarılması hedeflenmektedir. Bu amaçla, süpersonik moleküler demet kaplama (supersonic molecular beam deposition, SMDK) tekniğiyle enerjileri değiştirilen PFP moleküllerinin (değişik basamak yoğunluğuna sahip Au(111) ve Ag(111) yüzeyler üzerinde) oluşturduğu filmler helyum atomu kırınımı (HAK) tekniği kullanılarak incelenecektir. SMDK tekniği yüzeye kaplanacak maddenin taşıyıcı inert bir gaz içine karıştırılarak küçük bir delikten (nozzle) vakuma genişletilmesi sonucu elde edilen süpersonik demetin yüzeye gönderilmesi prensibine dayanır. Bu genişleme sonucu demet içindeki madde süpersonik hızlara ulaşır ve deliğin sıcaklığı, taşıyıcı gazın cinsi (kütlesi) ve demet içindeki maddenin derişimi değiştirilerek, kaplanacak maddenin kinetik enerjisi kontrollü bir şekilde termal enerjiden çok daha yüksek seviyelere çıkarılabilir. Bu yüksek ve kontrol edilebilir enerji sayesinde de elde edilen kaplamaya termal buharlaştırma yöntemi ile mümkün olmayan nitelikler kazandırılabilir. SMDK yöntemi organik ince film tranzistör ve organik ışık saçan diyot uygulamalarında başarı ile kullanılmış ve üretilen bu organik aygıtların “standart” tekniklerle üretilenlere göre daha üstün özelliklere sahip oldukları gösterilmiştir. Ancak bu teknik PFP filmler için henüz hiç denenmemiştir. HAK tekniği ise düşük enerjili helyum atomları kullanması dolayısı ile hassas organik filmlerin incelenmesi için çok elverişli bir teknik olup, diğer kırınım teknikleri (X-ışını kırınımı, XRD; düşük enerjili elektron kırınımı, LEED gibi) ile elde edilmesi mümkün olmayan verilerin toplanabilmesine olanak vermektedir. Proje kapsamında elde edilen sonuçlar daha iyi organik İFTlerin tasarlanmasına imkân verebileceği gibi, proje kapsamında geliştirilecek teknikler de daha önce mümkün olmayan yeni araştırmalara olanak sağlayacaktır.