Введение к работе
Актуальность темы: Разработка способа синтеза подпалетилена к открытие в конце семидесятых годов способности р- и г.-типа легирования этого полимера с изменением проводимости от изолятора до металла привело к образовании целого класса уникальных материалов с новыми электронными и оптическими свойствами - 'проводящие полимеры (ПП). Новые явления, связанные с нелинейными возбуждениями (ссли-тонами, поляронами и биполяронами) в этих квазиодномерных твердых телах, лежат в фокусе научных исследований последние пятнаяттят?.
сгсісгбзми. Более того, в этих материалах возможность контролирования энергетической щели и электроотриштельяости з процессе синтеза привело к созданию полимеров с разнообразными потенциалами ионизации и электронными средствами.
Весь комплекс уникальных свойств проводящих полимеров делает этот класс органических полимерных материалов весьма перспективным для различных приложении.' В последнее время во всем мире активно ведутся исследования по созданию прототипов различных электронных: устройстз на базе проводящих полимеров типа фото- и светодиояов, полевых транзисторов, разнообразных датчиков, аккумуляторов и т.п. Причем с технологической точки зрения наиболее привлекательным и перспективным является возможность создания легких, гибких, дешевых и стабильных электронных устройств. В настоящее время ухе созданы прототипы гибких светодиодов и полевых транзисторов, состоящих полностью из органических полимерных материалов. Таким aspa-эом, разработка различных способов получения тоякопленочкых молекулярных структур- на различных подложках' и исследование их физических свойств приобретает крайне актуальный характер.
Новая аллотропная форма углерода - фуллерен (Ceo) _ привлекли-з ясследлее время наиболее значительный интерес исследователей в самых разных областях науки. Наиболее важными направлениями исследований является изучение сверхпроводимости Ceo. лзгированного атомами щелочных металлов, г. мягкого Ферромагнетизма з ег^ян/т?"
Сл:-о из дежлекательнекших свойств Фуллэтена - «то mo. "~~ -."слекула Ceo является сильным злектрояшм акцепторам, "осесным гггнкяга до б электронен. Сбнасуяеняз фстоикдуїпірсЕаііНсго ііеьенсег
- 4г -
заряда («ТО) в композитах Ш/Сбо и на границе раздела между донор но-акцепторными бислоями из тонких пленок Ш и Сбо открыло перс пективы использования таких структур в .качестве фотодетекторов молекулярных солнечных элементов' и фоточувствительных материале для фотомножительной техники.
Однако механизмы ЩЗ в композитах ІШ с Сео и природа фото вольтаического эффекта на границе раздела ПП/Сео еце до конца н< выяснены. Поэтому несомненный интерес представляет изучение меха еиэмов фотогенерации, разделения и переноса носителей заряда і системах ПП/Сбо.
. Дедь работы заключается в исследовании физических свойсті тонких пленок проводящих полимеров полиацетилена, полипарафенилена, композитов и.молекулярных.структур на основе полипарафенилена, полиалкилтиофена, полианилина и фудлеренов, а также в изучении физических процессов, происходящих на границе раздела проводящей полимера и.фуллерёна, и фотоэлектрических свойств гетероструквд (ГС) ПП/Сбо и исследование возможности использования таких молекулярных структур з качестзе фотодатчиков и фотопреобразователей;
Научная новизна диссертационной работы заключается .в следующем:
изучено влияние различных типов катализаторов в Латтинжёровс-кей каталитической системе на. надмолекулярную структуру полизцети-лена (ПА). Выявлено, что из-за упорядоченного расположения,полимерных цепей внутри фибрилл сол'итоны локализованы внутри фибрилі из-за -межцепочечного конфайнмента' и мобильные солитоны в транс-Ш существуют-только на поверхности фибрилл- в пределах нескольких ангстрем. Установлено, что . число V мобильных солитоноз растет в транс-ПА с уменьшением диаметра отдельных, фибрилл;
в тонких пленках полипарафенилена (НПФ) обнаружен оптоэлект-рахнмнческий.эффект, закдичащийся в изменении спектров'поглощения пленки Ш в растворе' тетргзтйлашешш-борфлюорида в ..ацегонитрше при изменении напряжения.от 0.15 до 2.5 В, .приложенного к прозрачному проводящему: покрытию БпОг ка стекле с тонкой . пленкой ІШ. Этот эффект объяснен- оптическими.переходами из валентной зоны в занятые и незанятые антисвязываюние. поляронные состояния, образованные при слабом р-тнпа допировании ШФ. а при сильном допировании переходами из валентной-зоны,на два бипрдяронныгс уровня в san-реценной аели; , '
h -
апервьге выявлена xopcnq разрешенная _виСрсннал-_. структура - в гпектре" 'фоголюмйнёсцёншга ' тонких. пленок ППФ с максимумами пси энергиях 2.31, .2.72, 2.53 э8 и плечо скало 2.35 эО. обусловленная ^оконными повторениями полосы излучения'зкситон-подярона;
зперЕые предложен 'новый-'способ получения тонких пленок ПСЛй-парафенилена дискретным .испарением цороака .ЩИ в вакууме;
- 'обнаружено увеличение фотопроводимости (ІП) и тушение фСТСЛГ;-жкесценюга (ФЛ) з. композитах ПГЙ и полиалкилтисхрена (ПАТ-IS) : Ceo, связанное с"^т6йнду1гированным','перёноссм'злегп,рона'на колеку-
XV Лел пл 5РЄ"? *ТГ"С^ПГ'^7-С^'.<«Д=ппОГй «!Urrtwjn»i»»«»»w? ""Г""
тпн-толярсяа зхсяь' ссйСїНс*'г.сііішерной'ц«пк и релаксацией з отрицательный . полярон.-' Захват электронов на молекулах Ceo приводит к пространственному:разделения' электронов от положительных- поляроисг на .полимерной цепи и' подавлению излучательяойрекомбинации. Доказано, что перенос-заряда между-ПАЇ-18-и'.CeoможеТ; происходить в основном,- состоянии посаіе'ултразвуковой'обработки раствора ЦАТ-18 и Сеа в .толуоле,:-Проведено сравнение'ЗДР^спектровїплеяки композита ПАГ-1|В/СбО'й,'ргютв6ра-ІІАЇ'18--и Ceb в толуоле;
'- обнаружен сдвиг., максимума ' поглощения и фотолюминесценции в композите ПАТ-18/Сео. связанный с уменьшением эффективной длины сопряжения полимерной цепи и уширеяием исходной запрещенной щели в результате образования в полимерной цепи конформащонных дефектов типа изгиба и кручения;
- впервые показана возможность создания ГС ППФ/Ceo и
ПАТ-13/Сбо. обладающих. выпрямительными свойствами и значительным
фотооткликсм. Показана возможность реализации на основе ГС ППФ/Сво
и аАТ-18/Сбофотодатчккрв и фотопреобрааователей. Предложена ка
чественная- энергетическая- модель; данного Гетероперехода. Обнаружен'
новый пик около 1.5 - 2 зВ в спектральной зависимости этих ГС, ос-
лтветствувшкй запрещенному переходу ftu-tiu з Ceo., .который стано
вится :аипсльяо-разрешенным в некоторой степени благодаря .фдукг/а-
циям решетгаг или межмолекулярным, взаимодействиям; .
- разработан способ 'Получения ГС ПАНИ\п-ЗГ <$отозлектсох"шичєс-
}'л полимеризацией ПАНИ на ft-Si -и изучены Фотоэлектрические езейс-
.за полученной ГС. Показано, что пленка ПАЩІ а гетероструктуре ПА-Нй/п-51 Играет -роль прозрачного проводящего окна.
Практическая значимость работы.. Полученные результаты углубляют. . представления -.- о физических процессах в композитах на основе
SI и Ceo і' на границе.раздедз Ш/Сео, а именно, о процессах фато-генерашш я разделения носителей заряда и кспольаоааны при разработке на их'основе фотопреобразбватедей и фотодатчиков.
Ка основе дроведениьк исследований разработана новые способа получения тонких пленок Ш,- позволяйте создавать различные тон-копденочные приборные структуры насснсвё-Ш и СбО-
Основные подсдеюи, 'выносимые на зашиту:
-
Различные типы катализаторов в Даттиняеровсь:ой каталитической системе приводят к различной-надмолекулярной структуре ПА. В результате образцы ДА с меньшим поперечный размером фибрилл и, соответственно,' с более развитой поверхностьа, показывает более высокую электропроводность.
-
Оптрзлектрохимический эффект в тонких пленках ШВ, заклза-чзвдийся в изменении спектров поглощения пленки П05 в растворе тетраэтилаыыония .борфяхгарида в. ацетонятриле при изменении напряжения от 0.15 до. 2.5 В, приложенного ,к прозрачному проводящему, пок-рытка ЗпОг на.стекле с тонкой пленкой ДШ,. обусдозден оптическими переходами из валентной зоны в занятые и незанятые, аатисвязывагащке поляронные состояивд,^..образующиеся при слабом р-типа допировании пленки ШЗ, а при сильной допировании переходами кз валентной зоны на два бнполяронных' уровня в запрекешкн пюли;
-
Вибрснная'структура в;гспектре'фотоламинесцетши- тонких пленок ШФ с максимумами при анергиях 2,91,; 2.72, 2.53 эВ и плечо, около-2.35 эВ обусловлена фононными повторениями, полосы излучения-экситон-поляронз; ..
-
Увеличение фотопроводимости и туиенйе фотсшюминесценции, в композитах ПГО и ПА7-18 с Сео связано с. фотоиндуцированным переносом электрона на молекулу Сео Во время миграции фотовозбужденного внутрицепочечного экситон-подярока вдоль основной полимерной цепи и релаксацией в: отрицательный полярон, приводя к пространственному разделению электронов от положительных гшяроков на полимерной цепи и подавлению излучатедьной рекомбинации.-
. 5. Сдвиг- максимумов поглощения и фотолюмкнесценциїї в коротковолновую область в ПАТ-18, .допированием Сщ, после ультразвуковой обработки связан -с уменьшением эффективной длины сопряжения ПАТ-18 из-за конфосы&циенных дефектов типа изгиба и'кручения, что-приводит к возможности переноса заряда меядуПАТ-18 и Сер в основном состоянии после ультразвуковой обработки раствора QAT-18 и Сео в
.... 6. Фотовояьтаический .- эффект в гетероструїгтурах " Іїїй/Сбо L-\T-iS/Cso обусловлен Cffi на границе раздела іШ/Cqq. Сстсо?і:лкк Г: И/С(зо --> спектральной области 1.5 - 2.0 &8 оОусловлеа еютсвозоух-;ега:еы молекулы Сбо с hu-уровня на tiu-уровеиь. который являете* запрещенным для изолированной молекулы Csd. но благодаря изменена: яімметрки молекулы Cgo в полімерно;.' окружении становится частичн*.
ЇЗЗрешеКЬЗЛ.!.
G. 5этозлекгрохилг4еской аоашмериаацией ПАНИ на n-Si возможно
ІОЛУЧеНКе СПТИМаЛЬЯОЙ фОТОЧУВСТВІГГеЛЬНОЙ rpwnrv4»ii№i«im.< n»
Апробация работы. Основекє результати настоящей работы докла-іьшалнсь на Республиканской конференшаї молодых ученых "Актуальные ющюсы.прикладной физики" (Тазкент, 1985);: Конференции молодых гченых и специалистов ЮЭ АН УзссР (Ташкент,;. 1987); Третьеы Со-зетскЬ-Мщшйсйоц семинаре" по ;Электррйнойу" .материадоведенив, (Таш-ЇЄН*,- 1987);-5 школе по орїаничеаямполупртводрикам (Черновцы, 1988); Международных /шзІВерещіж^ -"ОфжжёсаЬю 'материалы" для электроники -и пр^Ёюстрэения" ЗЭСЙ1А-87' (Талкёнт,' 1987) и ЗЛОР-
Публикации.- Основные результаты диссертации изложены в 12 пе
чатных работах. ...
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения а списка литературы и содержит 115 страниц мавинолисногр текста, "внимая .54 рисунка. 3 таблицы и спи-. уж лятературк :!3 Л'А няг-мекован,"..".
