有效且持久的有机器件的受控沉积
有机光电器件，例如有机发光二极管(OLED)，使用排列在薄膜上的具有特定结构的分子。此外，这些分子在任何表面上的排列对于这些设备内发生的各种过程至关重要。这种排列由两个主要因素决定：沉积速率(分子放置的速度)和表面温度。较慢的沉积速率和较高的温度有利于正确的排列，从而产生更稳定的结构。为这一过程找到合适的时间尺度也至关重要，研究人员现在正在寻找控制这些因素的方法，以实现表面上的最佳分子排列。
在一项新的研究中，由千叶大学科学与工程研究生院和前沿科学中心的 Hisao Ishii 教授、千叶大学的 Masahiro Ohara 和千叶大学研究生院的 Yuya Tanaka 博士领导的日本团队进行了研究。群马大学科学技术学院推出了一种新的沉积方法，可以实现合适的分子排列。该文章于2023年12月4日在线发布，并于2023年12月13日发表在《ACS Applied Materials and Interfaces》杂志第15卷第49期上。 “通过真空沉积沉积有机分子时，分子的方向发生了变化随着时间的推移，通过暂停沉积。此外，通过改变沉积条件，可以反转分子头端和尾端的方向，” Ishii 教授解释道。
在他们的研究中，研究小组发现了一种简单而巧妙的方法来控制沉积在铝和含苯薄膜上的分子方向，分别表示为 Alq 3和 TPBi。他们使用了一种称为“间歇沉积”的方法，该方法在沉积过程中引入中断，并开发了一种称为“旋转开尔文探针”(RKP)的工具的更新版本。这用于实时测量沉积期间和之后的表面电位(材料表面上的电压)。通过以特定的时间间隔重复打开和关闭沉积快门，研究人员可以改变极化(电荷分布)，从而影响分子在薄膜上的取向。
间歇沉积的新方法创建了具有可控偏振的松弛且稳定的表面层。该研究还揭示了表面弛豫如何影响分子取向和势谷(形状像“V”)的形成。事实上，这种沉积方法能够为感兴趣的薄膜上所需的分子取向创建任意的电势分布。
在应用方面，这种间歇沉积技术可以提高OLED材料的效率和寿命。此外，它还可以用于非极性有机分子，使其可用于有机光伏电池和晶体管等器件。Ishii教授强调，“这种方法有望进一步提高OLED的效率和寿命。除了OLED之外，它还促进了其他有机器件的发展，例如有机存储器件。因此，用有机器件替代传统的无机器件将使得轻量且灵活的设备随时可用。”
总之，本研究探索了影响有机薄膜表面分子取向的弛豫过程，并利用间歇沉积有效地创建稳定的表面层。此外，还开发了 RKP 工具来分析表面电位随时间的变化。所提出的沉积方法预计适用于各种有机分子(不仅仅是极性分子)，并且可以为现有有机器件的改进和新有机器件的开发铺平道路。
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