[论文解读] Spectral distribution and density of X-ray induced trap states in the organic semiconductor Rubrene

T. Morf, S. Haas+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2013

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques被引用 1

一句话总结

本研究量化了Rubrene中X射线诱导的陷阱态，发现每个8 keV光子在价带以上约0.3 eV处产生约100个陷阱态——比1 MeV质子的陷阱态多2–3个数量级。热退火可减少这些陷阱态，表明局部结构无序是范德华键合有机半导体中陷阱态的普遍成因。

ABSTRACT

In controlled X-ray irradiation experiments, the formation of trap states in the prototypical van der Waals bonded semiconductor Rubrene is studied quantitatively for doses up to 82 Gy (Gy = J/kg). About 100 electronic trap states, located around 0.3 eV above the valence band, are created by each absorbed 8 keV photon which is 2-3 orders of magnitude more than 1 MeV protons produce. Thermal annealing is shown to reduce these traps. Local structural disorder, which has also been induced by other means in different studies, is thus identified as a common origin of trap states in van der Waals bonded molecular organic semiconductors.

研究动机与目标

• 理解在受控X射线辐照下Rubrene中形成的陷阱态的光谱分布和密度。
• 量化每个吸收的8 keV X射线光子在Rubrene中生成的陷阱态数量。
• 比较8 keV X射线与1 MeV质子在有机半导体中陷阱态形成效率的差异。
• 研究热退火在减少X射线诱导陷阱态中的作用。
• 确定范德华键合有机半导体中陷阱态的潜在物理起源。

提出的方法

• 在Rubrene薄膜上进行剂量高达82 Gy的受控X射线辐照实验。
• 利用温度依赖的电流-电压谱学测量陷阱态的光谱分布和密度。
• 通过将陷阱态计数归一化到X射线剂量和光子能量，计算每个吸收光子的陷阱态密度。
• 对辐照后的样品进行热退火，以评估陷阱态的恢复和稳定性。
• 将陷阱态形成与结构无序相关联，参考了类似有机半导体的先前研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Rubrene中，每个8 keV X射线光子会产生多少个陷阱态？
• RQ2 在辐照后的Rubrene中，陷阱态相对于价带的最大能量位置如何分布？
• RQ3 在相同材料中，8 keV X射线产生的陷阱态密度与1 MeV质子相比如何？
• RQ4 热退火在多大程度上可减少Rubrene中X射线诱导的陷阱态？
• RQ5 范德华键合有机半导体中陷阱态的共同物理起源是什么？

主要发现

• 每个吸收的8 keV X射线光子在Rubrene中产生约100个电子陷阱态。
• 陷阱态主要位于价带最大值以上约0.3 eV处。
• 8 keV X射线的陷阱态形成效率比1 MeV质子高出2–3个数量级。
• 热退火能有效降低Rubrene中X射线诱导陷阱态的密度。
• 局部结构无序被确定为范德华键合有机半导体中陷阱态的共同起源，与其它研究结果一致。