使用XPS，卷轴和UPS用于有机LED材料的表面特征

分析了用作有机LED（OLED）中的组分的材料，以表征其表面化学并分析其LUMO和状态以绘制能量水平图。

介绍

预计OLED显示屏将成为未来屏幕中的关键技术。OLED往往比传统的显示技术更少使用，这意味着它们将允许便携式设备的屏幕运行更长的电池电量。

聚（9,9-二辛基氟醚）或PFO，是蓝光发光，高亮度OLED材料具有低开启电压。因为PFO具有大的光学间隙¹这意味着为了充分利用OLED显示器的潜力，必须仔细开发和控制OLED器件的整体设计，以避免与PFO膜中的电荷载体的任何不利相互作用。

Thermo Scientific Nexsa表面分析系统

Thermo Scientific Escalab Xi⁺

要了解PFO如何与电荷载流子交互，必须了解其电子结构。开发这种理解需要多技术分析。Thermo Fisher Scientific提供XPS系统，可以配置为使用多种技术，例如Nexsa和Escalab，允许使用单个仪器进行深入调查PFO的电子结构。

图1：PFO表面的元素分析

实验和结果

将PFO（30nm）的薄膜沉积在玻璃基板上，在含氟容器中储存几天，然后使用Thermo Scientific™Escalab™Xi分析⁺。选择该仪器，因为它提供了用于样品制备和多技术分析的几种选择。

通过PFO膜的表面的XPS的元素分析表明，存在小浓度（0.6％）氧气（图1）。由于纯PFO仅含碳（解释图1中的大碳峰），这种氧气必须是在运输过程中发生的污染的结果。

高能量分辨率XPS用于进行碳的深入化学分析（图2）。该方法可用于确定PFO表面的纯度。光谱中的最大峰与PFO中存在的脂族和芳族碳基团中的核心水平（价）电子转换有关。

图2：高分辨率C1S XPS谱的表面

这些峰值包​​含允许确定PFO的电子结构的关键信息，然而，遗憾的是，它们与核心级峰相对较弱和交叉。使用多技术方法允许更有效地分析这些核心水平过渡。

来自Thermo Scientific（包括Escalab）的大多数XPS工具包括电子能量损失光谱（卷轴）能力。卷轴测量由散射在样品表面顶部的入射光束产生的电子，并且非常适合分析芳族和不饱和碳基团。卷轴的使用允许在芳族聚合物中进行价级电子转变，而不会从核心水平过渡干扰干扰。此外，该技术是高度表面敏感的，可以从样品的前1nm层中收集数据。

图3显示了从高质量聚苯乙烯膜的分析中取出的卷轴数据。聚苯乙烯具有脂族碳的聚合物主链，突出的相同的苯侧组。卷轴数据在20eV中显示出宽驼峰，电子束与晶格等级相互作用的结果，以及6.6 eV的一个尖锐峰 - 感兴趣的峰值。该峰是芳族π至π*过渡的结果，只有一个峰，因为所有苯基都是化学相同的。

图3：聚苯乙烯薄膜的卷轴谱

图4显示了来自PFO分析的卷轴数据。光谱具有两种不同的π-π*峰，很可能是因为6和5元芳族碳环的不同化学环境。这两个峰是在此引起图2中较小峰的相同转换的结果，但是在这里存在而不与核心电平转换重叠。

图4：聚苯乙烯和PFO的UPS光谱

π-π^{1 *}在3.7eV的能量损失是从π最高占用的分子轨道（HOMO）到π*最低未占用的分子轨道（LUMO）的价转变的结果，因此通过3.7eV的能隙分离。第二峰是从同性恋中的过渡的结果，但是能够高于最低的未占用水平的能量2.2eV的较高能量π*水平。

稍后将使用关于电子转换峰的能量的信息来确定PFO胶片的带隙的能量。

采用紫外线光电子谱（UPS）收集有关PFO的价级别的附加信息。与XPS的高能铝K-A X射线相比，低能量氦放电源更适合调查帷幔带中的电子转换。

UPS可用于测量OLED薄膜的电离电位和其他价级数据（图5.）。由于金色样品的UPS可用于确定费米水平的位置UPS也可用于直接确定同性能能量。HOMO轨道与卷轴数据中的π-π*转换中的π键相同。

图5：PFO材料的价谱的UPS谱

USP和REELS允许已知π同性阀的能量，并且卷轴提供π* LUMO的能级，这意味着可以绘制PFO电子结构的能级图。此图可以简单地确定PFO的Bandgap是3.3eV，这与文献中的值一致。¹

为了使用关于其价结构的PFO信息生产优化的OLED器件。当生产基于PFO的OLED器件时，PFO将掺杂有其他材料以微调其电子带结构及其发光性质。亚博网站下载上述用于未掺杂的PFO的多技术方法也可用于分析掺杂PFO膜的电子结构。

概括

表现基于OLED的设备高度依赖于所用材料的电子和化学行为。亚博网站下载使用多技术分析方法允许研究人员表征用于构建OLED的材料，调查材料的表面是否是污染物，并更好地了解电子结构如何影响性能。亚博网站下载

图6：通过将来自卷轴和UPS的信息组合，可以创建PFO表面的能级图

致谢

Thermo Fisher Scientific致力于承认Harry M. Meyer III，美国橡树岭国家实验室，供应样品和有用的讨论。

由Paul Mack来自Th亚博网站下载ermo Fisher Scientific East Grinstead，英国West Sussex的材料生产的材料制成。

参考和进一步阅读

1. L. S. Liao，应用物理信件，Vol。2000年6月24日76日

这些信息已被采购，从Thermo Fisher Scientific - X射线光电子谱（XPS）提供的材料中审查和调亚博网站下载整。

有关此来源的更多信息，请访问Thermo Fisher Scientific - X射线光电子能谱（XPS）。