Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время полимерные материалы все чаще используются в качестве компонентов электронных элементов и приборов. Это объясняется широкими возможностями управляемого изменения электронных свойств этих материалов методами химического синтеза. Однако установление взаимосвязи между химической структурой материала и его физическими свойствами не всегда является тривиальной задачей. Особенно ярко это подтверждается результатами исследований электрофизических свойств несопряженных полимеров класса полиариленфталидов. Будучи по своей электронной природе изоляторами, они в тонких пленках демонстрируют высокие электрофизические свойства вплоть до металлических свойств. Сложность проблемы обусловлена тем, что из-за сильного электрон-фононного взаимодействия возрастает влияние различных дополнительных факторов на физические свойства органических материалов. В частности, это в полной мере можно отнести к наличию ловушечных электронных состояний в запрещенной зоне несопряженных полимеров. Согласно одной из обсуждаемых в литературе моделей для возникновения высокой проводимости в органическом материале с большой шириной запрещенной зоны необходимо наличие глубоких электронных состояний. Однако, вопрос о диагностике ловушечных состояний в полимерной пленке является сложным, требующим специальной техники и методического обеспечения. Ранее методами термостимулированных токов (ТСТ) и термостимулированной деполяризации (ТСД) были обнаружены группы ловушек в пленках полиариленфталидов. Однако сложный характер полученных температурных зависимостей затрудняет интерпретацию полученных результатов. Тем более, что для идентификации электронных состояний необходимо сочетание электрофизических и оптических методов, чего до сих пор сделано не было. Подобное сочетание можно найти в методе термостимулированной люминесценции.
Метод термостимулированной люминесценции (ТСЛ) является с одной стороны чувствительным к состояниям низкой концентрации в запрещенной зоне. С другой стороны, помимо информации об энергетических характеристиках термализуемых ловушек, данный метод позволяет выяснить энергетическое распределение уровней, отвечающих за излучательную рекомбинацию.
Цель работы.
Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию взаимосвязи химической структуры полиариленфталидов с энергетическими характеристиками ловушечных состояний в запрещенной зоне тонких пленок методами термо- и фотостимулированной люминесценции.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Создание и тестирование экспериментальной установки для измерения кривых ТСЛ.
-
Исследование методом ТСЛ ловушечных состояний в запрещенной зоне пленок полидифениленфталида.
-
Исследование методом ТСЛ сополиариленэфиркетонов с различным содержанием фталидного и флуоренового фрагментов для выявления влияния химической структуры полимера на распределение ловушечных состояний.
-
Исследование влияния химической структуры полиариленфталидов на их оптические свойства (спектры поглощения и фотолюминесценции).
Научная новизна:
Установлено, что в исследованных полимерах число групп электронных ловушек изменяется от двух до четырех в зависимости от химической структуры соединений. Однако конкретные электронные транспортные процессы обусловлены частью из обнаруженных состояний. Вероятность участия в физическом процессе конкретной группы ловушек определяется химическим строением макромолекулы. Что открывает возможность целенаправленного создания органических материалов с заданными физическими свойствами.
Защищаемые положения:
-
Структура полиариленфталидов влияет на число и энергетическое распределение ловушечных состояний в запрещенной зоне, таким образом что:
в полидифениленфталиде опустошение электронных ловушек в запрещенной зоне обусловлено подвижностью боковых фталидных групп (0,1 эВ) и поворотно-крутильным механизмом полимерной цепи (0,34 эВ).
в сополиариленэфиркетонах две группы ловушки глубиной 0,47-0,5 эВ и 0,57-1,2 эВ обусловлены звеном с изопропилиденовыми группами, а с ловушками глубиной 0,3 - 0,7 эВ связаны оба звена сополимера.
-
Число групп электронных ловушек, определенное электрофизическими и оптическими методами, изменяется от двух до четырех в зависимости от химической структуры полиариленфталидов. При этом конкретные электронные транспортные процессы обусловлены частью из обнаруженных состояний. Вероятность участия в физическом процессе конкретной группы ловушек определяется химическим строением макромолекулы.
Практическая ценность работы заключается в том, что установленная в работе взаимосвязь между химической структурой полимеров и энергетическим распределением ловушек, позволяет прогнозировать физические свойства полимеров на стадии планирования химического эксперимента.
Достоверность результатов обеспечивается использованием в работе надежных, неоднократно апробированных в лабораториях мира экспериментальных методов и проведением сравнительного анализа с результатами других исследований, а также использованием эталонных соединений при настройке приборного комплекса.
Личный вклад автора заключался в разработке и создании экспериментальной установки по измерению термостимулированной люминесценции, участию в постановке задачи на исследование, проведении измерений, обработке и интерпретации полученных результатов, подготовке материалов к публикациям.
Публикации и апробации работы. По теме диссертации опубликованы 7 работ, из которых 3 статьи в рецензируемых научных журналах, 4 работы в сборниках научных конференций. Основные результаты работы были апробированы на различных международных и российских конференциях, в частности: VI International Conference on Molecule Electronics ELECMOL’10 December 8–12, 2010 Grenoble; VII Международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2010; Всероссийская конференция "Фотоника органических и гибридных наноструктур", Черноголовка, 5—9 сентября 2011; Международная школа-конференция «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», Уфа, 2009, 2010 и др.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, двух глав, вывода и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 138 страниц, в том числе 73 иллюстрации, 1 таблица. Библиография включает 97 названий.
