Физика / 8. Молекулярная физика

Шевчук А.Ф.

Вінницький національний аграрний університет

Фотодиэлектрические свойства

модифицированных пленок С60

Для исследований использовался химически очищенный С₆₀, слои которого наносились на стеклянную подложку, покрытую проводящим и прозрачным в видимом диапазоне спектра слоем ITO. Толщина образцов составляла 100 нм. Исследовались образцы трех типов:

1 – модифицированные с помощью облучения УФ-лазером;

2 – не модифицированные (референтные),

3 – химически модифицированные в парах амина.

При исследовании электрических свойств образцов, верхним электродом также был слой ITO, нанесенный на стеклянную подложку. Для создания электрического контакта, перед тем как прижать верхний электрод на поверхность пленки фуллерена наносился слой жидкости (глицерин, дистиллированная вода).

Фотоэлектрические свойства образцов анализировали по изменению емкости и сопротивления под действием света. Значение C и R измерялось в диапазоне 10^-3-10⁶ Гц с помощью осциллоскопического метода [1-3]. Образцы освещались фокусированным светом от галогенной лампы накаливания мощностью 100 Вт непосредственно или через интерференционный фильтр с максимумом пропускания для длины волны l = 485 нм (эта длина волны близка к области максимального поглощения пленок С₆₀). Освещение проводилось как со стороны слоя ITO, на который была нанесена пленка С₆₀ (нижнего электрода), так и со стороны верхнего электрода.

Все измерения проведены при температуре 293 К.

На рис. 1 представлены частотные зависимости емкости (а) и сопротивления (b) в темноте (кривые р) и при облучении фокусированным белым светом (кривые d) для образца 1. В этом случае между верхним электродом и С₆₀ находился слой глицерина.

Рис.1. Частотные зависимости емкости (а) и сопротивления (b) измеренные в темноте (d) и при освещении фокусированным белым светом (р). Данные для образца 1. Освещение со стороны нижнего электрода.

На рис. 2 приведены частотные зависимости отношения емкости С_р, измеренной при освещении фокусированным светом со стороны нижнего электрода, к емкости С_d, измеренной в темноте для трех разных типов образцов. Из полученных данных следует, что отношение С_р/С_d имеет четкий максимум в интервале частот 10⁰ - 10² Гц (наиболее отчетливо это наблюдается образцов 1 и 3). При этом максимальное значение С_р/С_d превышает 6. Важно также отметить, что как частота, при которой значение С_р/С_d имеет максимум так и само максимальное значение С_р/С_d зависит от технологии изготовления пленок С₆₀.

Исследуя частотные зависимости С и R в интервале частот 10^-1 – 10⁶ Гц, полученные в темноте и при освещении фокусированным белым светом, удалось разделить процессы обусловленные изменениями в приэлектродных областях (f < 10³ Гц) от процессов, обусловленных изменением объемных свойств образцов (f > 10⁵ Гц), а также экспериментально найти частотную область где резкое изменение С и R с ростом частоты обусловлено переходом от первого процесса ко второму (10³ Гц < f < 10⁵ Гц).

Рис. 2. Частотные зависимости Ср/Сd (а) и Rd /Rp (b) для исследуемых образцов 1, 2 и 3. Освещение фокусированным белым светом со стороны нижнего электрода.

Показано, что сопротивление образцов при измерении в темноте для частот f < 10³ Гц пропорционально f ^-m причем значение m зависит от технологии изготовления пленок С₆₀. Сделано вывод, что перенос заряда через приэлектродную область можно рассматривать на основе механизма прыжков с переменной длиной. Зависимость значения m от технологии изготовления пленок С₆₀ может быть обусловлена существенным влиянием технологических факторов на структуру органических пленок.

Найдено, что частотная зависимость отношения сопротивления, измеренного в темноте, R_d к сопротивлению, измеренному при освещении фокусированным светом, R_p имеет максимум. Экспериментально показано, что положение максимума (f » 10³ Гц) и максимальное значение R_d /R_p (» 20) зависит от условий приготовления пленок С₆₀ и химического состава жидкости.

Показано, что частотная зависимость отношения емкости, измеренной при освещении фокусированным белым светом, С_р к емкости, измеренной в темноте, С_d также имеет максимум. Однако, максимальное значение С_р/С_d (» 6) меньше чем максимальное значение R_d /R_p и положение максимума С_р/С_d сдвинуто в область меньших частот по сравнению с положением максимума R_d /R_p. Как для R_d /R_p максимальное значение С_р/С_d и положение максимума на шкале частот зависит от технологии изготовления пленок С₆₀.

Экспериментально показано, что переход от процессов, обусловленных приэлектродными явлениями, к процессам, обусловленным изменением объемных параметров, можно описать на основе "классического" эффекта междуслоевой поляризации Максвелла-Вагнера. Найдено время релаксации (»10 нс). Показано, что оно как и другие параметры образцов зависит от технологии изготовления пленок С₆₀.

Литература:

1. A.J.Twarowski, A.C.Albrecht. Depletion layer in organic films: Low frequency measurements in polycrystalline tetracene // J. Chem. Phys.- 1979.- V.20.- No5.- P.2255-2261.

2. A.V. Koval'chuk. Low frequency spectroscopy as investigation method of the electrode-liquid interface //Functional Materials.-1998.-V.5.-N3.-P.428-430.

3. A.V.Koval'chuk. Generation of charge carrier and formation of antisymmetric double electric layers in glycerin //J.Chem.Phys.-1998.-V.108.-N19.-P.8190-8194.