Organiska optoelektroniska enheter, såsom organiska ljusemitterande dioder (OLED), använder molekyler med specifika strukturer arrangerade på tunna filmer. Dessutom är arrangemanget av dessa molekyler på vilken yta som helst avgörande för olika processer som sker inom dessa enheter.
Detta arrangemang styrs av två primära faktorer:avsättningshastigheten (hur snabbt molekylerna placeras) och yttemperaturen. Långsammare avsättningshastigheter och högre temperaturer underlättar det korrekta arrangemanget, vilket resulterar i mer stabila strukturer. Att hitta rätt tidsskala för denna process är också avgörande, och forskare letar nu efter sätt att kontrollera dessa faktorer för optimalt molekylärt arrangemang på ytor.
I en nyligen genomförd studie visade ett team från Japan under ledning av Prof. Hisao Ishii från Graduate School of Science and Engineering och Center for Frontier Science vid Chiba University, tillsammans med Masahiro Ohara från Chiba University och Dr. Yuya Tanaka från Graduate School of Science and Technology vid Gunma University, har introducerat en ny deponeringsmetod som uppnår lämplig molekylär uppställning.
Deras artikel är publicerad i ACS Applied Materials and Interfaces . "När organiska molekyler deponeras genom vakuumdeposition, ändras orienteringen av molekylerna över tiden genom att pausa avsättningen. Dessutom, genom att ändra avsättningsförhållandena, är det möjligt att invertera orienteringen av både huvud- och bakänden av molekylerna ", förklarar prof. Ishii.
I sin studie hittade teamet ett enkelt men ändå genialt sätt att kontrollera orienteringen av molekyler avsatta på aluminium- och benseninnehållande tunna filmer, betecknade som Alq3 och TPBi, respektive. De använde en metod som kallas "intermittent deposition", som introducerar pauser under deponeringsprocessen, och de utvecklade en uppdaterad version av ett verktyg som heter "rotary Kelvin probe" (RKP). Detta användes för att mäta ytpotentialen (spänningen på materialets yta) under och efter deponeringen i realtid.
Genom att upprepade gånger öppna och stänga avsättningsslutaren med specifika intervall kunde forskarna ändra polariseringen (fördelningen av laddningar), vilket påverkade hur molekylerna var orienterade på filmerna.
Den nya metoden med intermittent deponering skapade ett avslappnat och stabilt ytskikt med kontrollerbar polarisation. Studien avslöjade också hur ytavslappning påverkade molekylär orientering och bildandet av en potentiell dalgång (formad som ett "V"). Faktum är att denna deponeringsmetod möjliggör skapandet av en godtycklig potentialprofil för önskade molekylära orienteringar på den tunna filmen av intresse.
När det gäller applikationer kan denna intermittenta deponeringsteknik förbättra effektiviteten och livslängden för OLED-material. Dessutom kan den också användas för icke-polära organiska molekyler, vilket gör den användbar för enheter som organiska solceller och transistorer.
Prof. Ishii säger:"Denna metod förväntas ytterligare förbättra effektiviteten och livslängden för OLED:er. Utöver OLED:er främjar den också utvecklingen av andra organiska enheter, såsom organiska minnesenheter. Därför kommer att ersätta konventionella oorganiska enheter med organiska enheter att göra lätta och flexibla enheter lätt tillgängliga."
Sammanfattningsvis utforskar denna studie avslappningsprocesserna som påverkar orienteringen av molekyler på ytan av organiska tunna filmer och använder intermittent avsättning för att effektivt skapa ett stabilt ytskikt. Dessutom utvecklades ett RKP-verktyg för att analysera förändringar i ytpotential över tid. Den föreslagna deponeringsmetoden förväntas fungera med olika organiska molekyler (inte bara polära) och kan bana väg för förbättring av befintliga organiska enheter och utveckling av nya.
Mer information: Masahiro Ohara et al, Impact of Intermittent Deposition on Spontaneous Orientation Polarization of Organic Amorphous Films Revealed by Rotary Kelvin Probe, ACS Applied Materials &Interfaces (2023). DOI:10.1021/acsami.3c12914
Journalinformation: ACS-tillämpade material och gränssnitt
Tillhandahålls av Chiba University
