Organic Semiconductor Interfaces with Insulators and Metals

Die elektronischen Wechselwirkungen von organischen Halbleitern nach der
Selbstanordnung auf Metallen, oxidierten Metallen und ultradünnen Isolatoroberflächen
wurden mit Hilfe von komplementären Messmethoden wie Rastertunnelmikroskopie und
-spektroskopie, Beugung niederenergetischer Elektronen, Röntgenphotoelektronen und
Ultraviolett Photoelektronen Spektroskopie untersucht.
Zwei verschiedene Modellsysteme wurden ausgewählt und untersucht: Das erste
Modellsystem umfasst die elektronischen Wechselwirkungen und die Selbstanordnung von
Pentacen auf der Cu(110) sowie auf der oxidierten Cu(110) Oberfläche. In einem zweiten
Modellsystem wurde die Grenzfläche zwischen Octaethylporphyrin und ultradünnen
Isolatorschichten untersucht. Die Adsorption von Molekülen auf Isolatoroberflächen ist von
besonderer Bedeutung, da diese sowohl die elektronischen als auch die chemischen
Wechselwirkungen der Moleküle mit der Oberfläche deutlich reduzieren können.
Bei der Untersuchung von Pentacen auf Cu(110) konnte ein komplexes Phasen-Verhalten
beobachtet werden, das durch Verbiegen der Moleküle, unterschiedliche Anordnung der
Moleküle, unterschiedliche Bedeckungen und die Molekülmobilität charakterisiert ist.
Weiterhin wurde der Einfluss der adsorbierten Pentacen-Moleküle auf den Shockley-
Oberflächenzustand der Cu(110) Oberfläche untersucht. Durch ein komplexes
Zusammenspiel mehrerer physikalischer Phänomene wie die Pauli Abstossung,
Ladungstransfer, Hybridisierung von elektronischen Zuständen sowie die Polarisation der
Adsorbate im Dipolfeld der Oberfläche wird der Oberflächenzustand zu grösseren
Bindungsenergien verschoben. Bei der Adsorption einer Monolage Pentacen nimmt zusätzlich
die Besetzung des Oberflächenzustandes zu. Ein ähnlich komplexes Verhalten von Struktur
und elektronischen Wechselwirkungen wurde bislang für kein anderes Molekül/Metall
System gezeigt. Das Adsorptionsverhalten von Pentacen auf der oxidierten Cu(110)
Oberfläche zeigt, dass sowohl die elektronischen Wechselwirkungen als auch die
Oberflächenkorrugation eine grosse Rolle bei der Selbstanordnung spielen.
Das zweite in dieser Dissertation studierte Modellsystem befasste sich mit den
elektronischen Wechselwirkungen von Kupfer-Octaethylporphyrinen (CuOEP) mit
ultradünnen Isolatorschichten. Die Hauptfragestellung bei diesem Projekt war, wie die
elektronische Wechselwirkung zwischen Molekülen und Substrat mit zunehmender
Isolatorschichtdicke abnimmt und ob es bei sehr geringen Schichtdicken (eine oder zwei
Monolagen) möglich ist, die Moleküle vom Substrat elektrisch zu isolieren. Eine detaillierte
Wachstumsstudie von NaCl auf unterschiedlichen Metallsubstraten führte zu homogenen,
eine Monolage dicken NaCl Filmen, die mit nicht-lokalen Analyse-Methoden wie UPS und
XPS untersucht werden können. Mittels Tieftemperatur STM und winkelaufgelöstem UPS
konnte festgestellt werden, dass die Moleküle stark mit der Cu(111) und Ag(111) Oberfläche
wechselwirken, was zu unbesetzten elektronischen Zuständen in der Bandlücke des Moleküls
sowie zu einer Auslöschung des Shockley-Oberflächenzustandes führt. UPS- und XPSMessungen
an diesem System zeigten einen starken Einfluss der chemischen Umgebung, was
zu einer Verschiebung der Bindungsenergien von CuOEP auf NaCl verglichen mit CuOEP
auf der Metalloberfläche führt. Diese Verschiebungen können auf eine unterschiedliche
Abschirmung des Photoloches zurückgeführt werden.