利用表面分析系统确定有机FET器件的层结构

使用Thermo Scientific™Nexsa™表面分析系统分析设计用于FET的铜酞菁类有机材料，配备了Thermo Scientific™Magcis™双模离子源。使用氩簇进行分析有机层，其确保在XPS数据中保留化学信息，然后使用单原子氩气谱分析。

介绍

产生越来越薄，柔性和经济的电子设备的压力导致了新颖的有机微电子设计，例如场效应晶体管（FET）。FET的初始设计大多使用芳香有机半导体，而现代方法使用有机金属的性能原因。

铜酞菁(CuPc图1）是一种这样的有机金属半导体，并且存在于在以下研究中研究的装置中。

图1:铜酞菁

在有机fet中，不同的有机金属和有机层的厚度和组成对器件的工作方式起着重要的作用。x射线光电子能谱(XPS)可用于获取样品表面的化学成分信息，深度可达5 - 10 nm，使其成为表面分析的完美工具。如果结合深度剖面技术，XPS可以用于分析涂层表面或层状系统，甚至可以达到微米级的深度。

传统的深度分析方法，即常规离子溅射，可以导致有机材料的地下，往往是较软的，被损坏。亚博网站下载此损坏转化为包含较少化学和结构信息的XPS数据。Thermo ScientificMAGCIS氩集群离子源解决了这个问题。

氩气簇离子提供了一种溅射方法，这种溅射方法较浅且柔和，意味着地下特征不会受到破坏;使得XPS数据能够保留整个剖面的化学状态信息。MAGCIS所使用的源也能够产生传统离子源中发现的单原子离子束，可以用来描绘如硅等较硬的基片。这意味着MAGCIS可以用于分析软基材和硬基材。

方法/实验

CuPc FET的深度剖面是使用Thermo ScientificNexsa表面分析系统，配备MAGCIS星系团离子源。使用标准的Nexsa样品架将CuPc样品固定在合适的位置，保证了足够的顶表面电含量。

图2:CuPc有机场效应管原理图

CuPc样品的剖面是使用4kev氩簇离子完成的，每个离子簇的平均大小为2000个离子。接着，单色离子被用来描绘通过氧化表面和更深的硅衬底。然后，将两种不同的剖面(簇状+单色)结合在一起，生成一个单一的深度剖面，其中包含整个有机金属/无机分层系统的数据。

结果

图3显示了从Cupc器件表面和参考样品所取的收集的XPS 1S光谱之间的比较。虽然光谱显示相似之处，但实验样品显示285eV的信号，其表示来自烃的表面污染。这证实了有机层的表面化学近似于Cupc。

图3:样本和参考C1S光谱

通过簇离子溅射去除样品表面6 nm后的C1s光谱如图4所示。这个光谱与参考光谱非常相似，证实了该器件的半导体层是由纯CuPc组成的。CuPc的纯度分析也表明，MAGCIS的团簇离子溅射方法去除了材料，而没有造成明显的亚表面损伤。

图4:Magcis清洗Cupc的定量

事实上，有机材料可以溅射来进行深度剖面，而不亚博网站下载会在XPS数据中出现损伤，这是使用簇离子方法的一个关键优势。表1所示的光谱数据证实了地下CuPc与其预期成分吻合良好。

表1:Magcis清洗Cupc的定量

	预计在%	观察到%
C	78.0	78.6
N	19.5	19.5
铜	2．4	1．9

使用峰拟合的谱反褶积来证明XPS数据与样品化学的关系。蓝色的峰对应于5元环中与氮结合的碳原子，红色的峰对应于6元环中的碳原子，绿色的峰是与芳香环系统相关的一组复杂的损失特征的结果。

这些损耗特征在分析过程中得以保留，这表明聚束离子束并没有对样品造成明显的损伤。

使用簇离子溅射通过CuPc层，然后是单原子离子溅射通过SiO₂图层，允许研究人员创建整个设备的深度轮廓（图5）。在去除修饰和表面污染之后，CUPC在整个样品中保留了其正确的化学计量，如使用簇离子溅射的更柔软方法所取代的。SiO的单原子离子溅射₂还表明它具有正确的化学计量，直至达到散装Si衬底。

图5:有机FET的MAGCIS剖面

使用单个离子源获得的这种完全定量的轮廓，不可通过其他方式可行。

总结

主题科学Nexsa表面分析系统配备了MAGCIS离子源，以获取有机半导体层(CuPc)在SiO₂/ Si衬底。

MAGCIS源允许使用簇离子源对CuPc层进行剖面分析，并用于绝缘SiO₂使用单原子离子源对层进行剖面。

随着越来越多的电子器件使用软半导体(如有机聚合物)，这种方法对需要确定器件的层结构、进行故障分析和了解界面变化的研究人员来说变得越来越重要。

致谢

Thermo Fisher Scientific将感谢Destrich R. Zahn博士博士，Daniel Lehmann和Iulia Korodi博士从纳米南马，南马·南马，南马·科技大学，供应Cupc有机FET样品。

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。

这些信息来源于赛默费雪科学公司提供的x射线光电子能谱(XPS)。亚博网站下载

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)．