ハロゲンドープによるペリレンカチオン形成過程におけるエネルギー準位シフト

由于卤素掺杂导致苝阳离子形成过程中的能级变化

基本信息

批准号：
21K04875
负责人：
遠藤理
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年有機半導体の性能向上のためキャリアを増大させる目的でのドーピングが再注目されている。有機半導体へのドーピングはドーパント分子との間の電荷移動によってなされるが、電子やホールを独立したキャリアとして機能させるためには、整数電荷移動機構とよばれるイオン化機構であることが望まれる。この描像では各分子間の電子状態の混合は少なく、分子軌道が独立している状況を想定しており、ドーピングによって生じたホールや電子は分子軌道間をホッピングによって移動すると考えられている。ホールドープの場合、分子の最高被占有軌道(highest occupied molecular orbital, HOMO)の電子がドーパントによって引き抜かれsingly unoccupied molecular orbital (SUMO)が生じカチオンとなる。本研究は炭素K吸収端X線吸収分光によってSUMO準位を直接観察し、ホッピング障壁となる周囲の分子のHOMO準位とのエネルギー差を解析することを目的としている。金単結晶表面においてペリレン単分子層に臭素をドープしたところ金基板のフェルミ準位直上に位置すると考えられるSUMO準位を観測した。角度分解光電子分光により、single occupied molecular orbital (SOMO)やイオン化していない分子のHOMO軌道に帰属できる電子が結合エネルギー1.1～1.5 eV程度に観測された。金表面でのイオン化は金に直接結合した臭素による仕事関数の上昇が引き起こしていると考えられる。そこで臭素の状態をさらに詳細に解析するためK吸収端近傍X線吸収微細構造分光法による解析を行った結果、金属表面と吸着している臭素に特徴的な1s→4p遷移が観測された。

近年来，为了提高有机半导体的性能，以增加载流子为目的的掺杂重新引起人们的关注。有机半导体的掺杂是通过掺杂剂分子之间的电荷转移来实现的，但为了使电子和空穴充当独立的载流子，需要一种称为整数电荷转移机制的电离机制。该图假设分子之间的电子态混合很少且分子轨道是独立的情况，并且通过掺杂产生的空穴和电子被认为通过跳跃在分子轨道之间移动。在空穴掺杂的情况下，分子最高占据分子轨道 (HOMO) 中的电子被掺杂剂提取，产生单空分子轨道 (SUMO) 并成为阳离子。本研究的目的是利用碳K边X射线吸收光谱直接观察SUMO能级，并分析它与周围分子的HOMO能级之间的能量差，该能量差充当跳跃势垒。当我们在金单晶表面用溴掺杂苝单层时，我们观察到相扑能级，该能级被认为位于金基底的费米能级正上方。通过角分辨光电子能谱，观察到可归属于非电离分子的单占据分子轨道（SOMO）或HOMO轨道的电子，其结合能约为1.1至1.5 eV。金表面的电离被认为是由于溴直接与金结合而导致功函数增加所致。因此，为了更详细地分析溴的状态，我们利用K吸收端附近的X射线吸收精细结构光谱进行了分析，结果，我们观察到了吸附在其上的溴的1s→4p跃迁特征。金属表面。