有机半导体一维纳米结构的控制生长以及其中分子取向的同步辐射表征方法

In recent years, the rational growth and characterization of nanostructures of organic semiconductors, especially the 1D nanostructures have drawn much attention and became the hot topics gradually because they have found more and more applications in organic optic-electronic devices and are of great importance to the characteristic understanding of organic nanomaterials as well as the development of novel organic devices. In this project, site-selective method based on physical vapor deposition technique will be used to grow highly pure 1D nanostructures of organic semicondustors MePc on the substrates of Si and ZnO substrats in the ultrahigh vacuum system. The research methods based on syschrotron radiation soft X-ray NEXAFS-TXM with high spatial and energy resolution, combined with other conventional techniques like HRTEM, will be established for the characterization of the molecular orientation and packing geometry in 1D organic nanostructures. In the meantime, it is expected to reveal the anisotropy of electric and optical properties of the 1D organic nanostructures by correlating the structure with the electric transport and photoluminescence of the nanostructures. New experimental methods based on synchrotron radiation will be promoted in the analysis of organic nanostructures and reliable data are expected to be provided for the design and fabrication of novel organic devices.

随着有机半导体纳米结构，特别是一维纳米结构在有机光电器件中越来越广泛的应用，其可控生长和结构表征近年来受到广泛关注，并逐渐成为研究前沿和热点，这对深入理解有机纳米材料的特性，优化有机器件的性能以及研发新型器件有非常重要的意义。本项目拟利用基于物理气相沉积的“位置选择”方法，在超高真空环境中，在Si、ZnO等单晶衬底上生长有机半导体MeP一维单晶纳米结构；基于同步辐射高空间和高能量分辨的软X 射线光谱-显微技术，并结合HRTEM 等常规技术，建立有机半导体单晶一维纳米结构中有机分子取向和堆积方式的研究方法；同时结合纳米结构的电输运、微聚焦光致发光等测量，揭示一维有机半导体纳米结构光、电性能的各向异性特征及其与结构的关联；发展同步辐射实验方法在有机纳米结构研究中的应用，为新型有机器件的设计提供可靠的实验依据。

随着对有机半导体纳米结构，特别是一维纳米结构研究的逐渐深入，其在有机光电器件中的应用潜力日益突出，特定纳米结构的可控生长、电子结构、分子取向等问题的解决是其应用的前提和关键，近年来受到广泛关注，并逐渐成为研究前沿和热点，对于深入理解有机纳米材料的特性，优化有机器件的性能有非常重要的意义。本项目利用有机分子束沉积(OMBD)和化学气相沉积(CVD)等薄膜生长技术，并借助强磁场等手段实现了MePC、PTCDA等有机半导体薄膜和一维单晶纳米结构的可控生长；提出了CoPC纳米线的生长过程和机制；在MnPC纳米结构中观察到光性能的量子尺寸效应，探测到PTCDA一维纳米结构超强的电输运特性、光波导效应以及光性能的各向异性；基于同步辐射软X射线光谱-显微技术，结合显微-激光拉曼技术建立了一维CoPC纳米结构的谱学显微特征和分子取向的研究方法。为进一步揭示一维有机半导体纳米结构光、电性能及其与结构的关联，发展同步辐射技术在有机纳米结构研究中的应用，以及为新型有机器件的设计奠定了基础。