Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам

Органические оптоэлектронные устройства, такие как органические светоизлучающие диоды, OLED, используют молекулы со специфической структурой, расположенные на тонких пленках. Кроме того, расположение этих молекул на любой поверхности имеет решающее значение для различных процессов, происходящих в этих устройствах.

Такое расположение определяется двумя основными факторами: скоростью осаждения (насколько быстро размещаются молекулы) и температурой поверхности. Более низкая скорость осаждения и более высокая температура способствуют правильному расположению молекул, что приводит к созданию более стабильных структур. Нахождение правильной временной шкалы для этого процесса также очень важно, поэтому исследователи ищут способы контролировать эти факторы для оптимального расположения молекул на поверхности.

В новом исследовании команда из Японии под руководством профессора Хисао Исии из Высшей школы науки и техники и Центра пограничных наук Университета Чиба, а также Масахиро Охара из Университета Чиба и доктора Юя Танака из Высшей школы науки и техники Университета Гунма представила новый метод осаждения, который позволяет добиться подходящего расположения молекул. Статья была размещена в Интернете 4 декабря 2023 года и опубликована в журнале Applied Materials and Interfaces.

При осаждении органических молекул методом вакуумного напыления ориентация молекул меняется с течением времени за счет паузы в осаждении. Более того, изменяя условия осаждения, можно изменить ориентацию как головной, так и хвостовой части молекул, — объясняет профессор Ишии.

В своем исследовании команда нашла простой и в то же время оригинальный способ контролировать ориентацию молекул, осажденных на алюминиевые и бензолсодержащие тонкие пленки, обозначенные как Alq3 и TPBi, соответственно. Они использовали метод «прерывистого осаждения», который предусматривает перерывы в процессе осаждения, и разработали обновленную версию инструмента под названием „вращающийся зонд Кельвина“ (RKP). Он использовался для измерения поверхностного потенциала (напряжения на поверхности материала) во время и после осаждения в режиме реального времени. Многократно открывая и закрывая затвор для осаждения через определенные промежутки времени, исследователи могли изменять поляризацию (распределение зарядов), влияя на то, как молекулы ориентированы на пленках.

Новый подход к прерывистому осаждению позволил создать расслабленный и стабильный поверхностный слой с контролируемой поляризацией. Исследование также показало, как релаксация поверхности влияет на ориентацию молекул и формирование потенциальной долины (в форме буквы «V»). Фактически, этот метод осаждения позволяет создать произвольный профиль потенциала для желаемой ориентации молекул на интересующей тонкой пленке.

С точки зрения применения, этот метод прерывистого осаждения может повысить эффективность и срок службы OLED-материалов. Кроме того, она может быть использована для неполярных органических молекул, что делает ее полезной для таких устройств, как органические фотоэлектрические элементы и транзисторы. Профессор Исии подчеркивает:

Ожидается, что этот метод позволит еще больше повысить эффективность и срок службы OLED. Помимо OLED, он также способствует развитию других органических устройств, таких как органические запоминающие устройства. Таким образом, замена обычных неорганических устройств на органические сделает легкие и гибкие устройства легкодоступными.

Таким образом, в данном исследовании изучаются процессы релаксации, влияющие на ориентацию молекул на поверхности органических тонких пленок, и используется прерывистое осаждение для эффективного создания стабильного поверхностного слоя. Кроме того, разработан инструмент RKP для анализа изменений поверхностного потенциала с течением времени. Ожидается, что предложенный метод осаждения будет работать с различными органическими молекулами (не только полярными) и может открыть путь к улучшению существующих и разработке новых органических устройств.

15.01.2024