Постановка задачи

Задачей данной работы является систематическое исследование тонкопленочных образцов фуллерена с различными органическими и неорганическими примесями. Для этого необходимо:

1. Изготовить образцы тонких пленок фуллерена с примесями группы A²B⁶ и Me-TPP (Me = Zn, Cu, Fe) на подложках кремния, стекла с ITO, слюде и KBr, различными методами вакуумного напыления.

2. Провести анализ структуры и состава полученных образцов методами растровой электронной и атомно-силовой микроскопии.

3. Произвести измерения спектров фотолюминесценции изготовленных образцов до и после облучения рентгеновским излучением, а также растворов некоторых смесей.

4. Провести анализ зависимости спектров ФЛ от материала подложки, количества и вида примеси, оценить влияние облучения рентгеном на электронную структуру тонких пленок.

5. Сравнить полученные результаты с результатами квантово-химических расчетов молекулярных комплексов.

Глава 2 Методики эксперимента

2.1 Методика получения тонких пленок на основе фуллерена

Образцы содержащие композитную смесь фуллерена, неорганического донора группы A²B⁶ (CdTe, CdS) и органического Me-TPP (Me = Zn, Cu, FeCl) были получены методами вакуумного напыления в квазизамкнутом объеме (КЗО) и методом вакуумного напыления из ячейки Кнудсена. Схемы приведены на рисунке 28. Молекула 5,10,15,20-тетрафенилпорфирина показана на рисунке 29. В случае получения методом КЗО был обеспечен полный перенос состава исходной шихты на подложку в процессе сублимации. Метод напыления из ячейки Кнудсена является усовершенствованным методом напыления из молекулярного пучка и может приводить к существенному изменению состава пленки в сравнении с исходной шихтой из-за разницы давления насыщенных паров компонентов. Преимуществом напыления из ячейки Кнудсена является возможность получения пленок большой площади.

Оба процесса напыления производились на предварительно прогретые до 150 ºС подложки стекло/оксид индия-олова (ITO), кремния (111) и KBr. Затем подложки охлаждались до 40ºС. Напыление на холодную подложку приводит к образованию аморфных пленок со случайным распределением акцепторных и донорных материалов. Пленки были получены при температурах испарителя 500-550 ºС из смеси C₆₀ с A²B⁶ и Me-TPP в различных процентных (10-50 вес.%) соотношениях.

Растворы С₆₀ и Me-TPP были получены в толуоле и для измерения ФЛ помещались в кварцевую кювету.

Для контроля однородности пленок и их состава использовались результаты растровой электронной микроскопии с энергодисперсионным рентгеновским модулем и атомно-силовой микроскопии.

Режимы испарений, составы и другие параметры сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты напылений фуллерен-содержащих пленок

а )

б )

Рис.28 а – Ячейка Кнудсена, б - закрытый испаритель

Рис.29. Молекула 5,10,15,20-тетрафенилпорфирина.

2.2 Получение спектров фотолюминесценции

Спектры ФЛ полученные возбуждением импульсным лазером измерялись с использованием компьютеризированной установки на базе монохроматора МДР‑2 и фотоэлектронного умножителя ФЭУ‑79. Схема установки приведена на рисунке 30.

а)

б)

Рис. 30. Оптическая (а) и электрическая (б) схемы установки для измерения спектров ФЛ.

Возбуждение ФЛ осуществлялось светом азотного импульсного лазера АИЛ‑3. Длина волны лазера составляла 337 нм, длительность импульса 10 нс, частота следования импульсов 100 Гц, средняя мощность 3 мВт. Кварцевое стекло, стоящее на выходе лазера, отщепляло небольшую по интенсивности часть луча на синхронизирующий pin-фотодиод; основной поток света падал на образец. Люминесцентное излучение образца собиралось и фокусировалось на входной щели монохроматора МДР‑2 с помощью системы линз (конденсора). Во избежание попадания в монохроматор рассеянного излучения лазера между образцом и входной щелью монохроматора помещались светофильтры БС‑7 и БС‑8.

Выходящее из монохроматора излучение попадало в фотоэлектронный умножитель ФЭУ‑79, который преобразовывал его в электрический сигнал. Этот сигнал подавался на вход стробоскопического преобразователя напряжения В9‑5 с шириной строб-импульса 4 нс. На вход синхронизации В9‑5 поступал сигнал от pin-фотодиода. В9‑5 позволяет задавать время задержки между приходом сигнала от pin‑фотодиода (т. е. максимумом лазерного импульса) и моментом регистрации сигнала от ФЭУ‑79 и таким образом измерять спектры как быстрой ФЛ (в максимуме лазерного импульса), так и квазистационарной ФЛ (время задержки не меньше 1 мкс). Сигнал, регистрируемый В9‑5, далее преобразовывался в цифровой интерфейсным устройством КАМАК, поступал на периферийную плату персонального компьютера и обрабатывался программой. Полученные спектры нормировались на чувствительность измерительной установки.

Рис. 31. Спектр полупроводникового лазера, питаемого стабилизированным источником тока 1.3 А.

Непрерывные спектры ФЛ были получены с помощью автоматизированной установки на базе спектрометра Horiba Jobin Yvon, в состав которого входят: монохроматор FHR 640 с дифракционной решеткой 1200 шт/мм и детектор Symphony II 1024*256 Cryogenic Open-Electrode CCD. Возбуждение ФЛ в этом случае производилось посредством непрерывного полупроводникового лазера, длиной волны 408 нм, мощностью 50 мВт. Спектр лазера измерялся на этой же установке и приведен на рисунке 31. Люминесцентное излучение образца собиралось и фокусировалось на входной щели монохроматора с помощью одной линзы. Во избежание попадания в монохроматор рассеянного излучения лазера перед щелью монохроматоры устанавливался фильтр ЖС-12. Выходящее из монохроматора излучение попадало в CCD камеру, далее, оно расшифровывалось с помощью программного обеспечения. ССD камера поддерживалась при температуре 77 К. Схема установки показана на рисунке 32.

а )

б)

Рис. 32. Схема монохроматора FHR (а), полная оптическая схема установки(б).