利用XPS, REELS和UPS进行有机LED材料的表面表征

由Thermo Fisher Scientific - x射线光电子能谱(XPS)2019年3月21日

分析了一种用作有机发光二极管(OLED)组件的材料，以表征其表面化学性质，并分析其LUMO和状态，绘制能级图。

介绍

OLED显示器预计将成为未来屏幕的关键技术。OLED往往比传统显示技术耗电更少，这意味着它们将允许便携式设备的屏幕使用电池供电运行更长时间。

聚（9,9-二辛基芴），或PFO，是一种蓝色发光材料，亮度高有机电致发光材料它的开启电压很低。由于PFO具有较大的光学间隙^1.这意味着，为了充分发挥OLED显示器的潜力，必须仔细开发和控制OLED器件的总体设计，以避免与PFO薄膜中的电荷载流子发生任何不利的相互作用。

赛默科学Nexsa表面分析系统

赛默科学Nexsa表面分析系统

Thermo Scientific ESCALAB Xi+

热工科学席⁺

要了解全氟碳化合物如何与载流子相互作用，必须了解其电子结构。发展这种理解需要多技术分析。赛默飞世尔提供的XPS系统可以配置为与多种技术工作，如Nexsa和ESCALAB，允许使用单一仪器深入研究PFO的电子结构。

PFO表面元素分析

图1：PFO表面元素分析

实验和结果

将PFO (30 nm)薄膜沉积在玻璃基板上，在氟器皿容器中存储数天，然后使用Thermo Scientific™ESCALAB™Xi进行分析⁺选择该仪器是因为它为样品制备和多种技术分析提供了多种选择。

XPS元素分析的卵圆孔未闭的电影显示的表面有一个小的氧气浓度(0.6%)(图1)。纯粹的卵圆孔未闭只包含碳(解释图1中的大型碳峰)这个氧必须污染发生在运输途中或存储的结果。

使用高能分辨率XPS对碳进行了深入的化学分析(图2)。该方法可用于确定PFO表面的纯度。光谱中最大的峰与PFO中存在的脂肪族和芳香族碳基的核级(价)电子跃迁有关。

高分辨率的C1s XPS表面谱

图2：表面高分辨率的C1s XPS光谱

这些峰包含关键信息，使得PFO的电子结构得以确定，然而，不幸的是，这里的峰相对较弱，并且与核级峰交叉。使用多技术方法可以更有效地分析这些核心级别的转换。

Thermo Scientific的大多数XPS工具，包括ESCALAB，都具有电子能量损失光谱(REELS)功能。REELS测量散射在样品表面顶部的入射光束产生的电子，它非常适合于芳香和不饱和碳基的分析。REELS的使用使得芳香族聚合物的价级电子跃迁不受核级跃迁的干扰。此外，该技术具有很高的表面灵敏度，可以从样品的顶部1 nm层收集数据。

图3显示了从高质量聚苯乙烯薄膜分析中获得的REELS数据。聚苯乙烯具有脂肪碳的聚合物主链，同苯基侧向外突出。REELS的数据显示，电子束与晶格等离子体相互作用的结果是在20ev处出现一个宽阔的峰，在6.6 eV处出现一个尖锐的峰——感兴趣的峰。这个峰是芳香π到π*跃迁的结果，只有一个峰因为所有的苯基在化学上都是相同的。

聚苯乙烯薄膜的卷轴谱

图3:聚苯乙烯薄膜的卷轴谱

图4显示了来自PFO分析的REELS数据。光谱有两个不同的π-π*峰，很可能是因为6元和5元芳香碳环的化学环境不同。这两个峰值是导致图2中较小峰值的相同转变的结果，但是，它们在这里与核心级转变没有重叠。

聚苯乙烯和PFO的UPS光谱

图4:聚苯乙烯和PFO的UPS光谱

π-π^1*π最高未占据轨道(HOMO)与π最低未占据轨道(LUMO)之间的价差为3.7 eV， π最高未占据轨道(HOMO)与LUMO之间的价差为3.7 eV。第二个峰是跃迁的结果，也是从HOMO跃迁到一个更高的π*能级，π*能级的能量高于最低未占能级2.2 eV。

电子跃迁峰的能量信息将用于确定PFO薄膜的带隙能量。

利用紫外光电子能谱(UPS)收集了PFO价态的附加信息。与XPS的高能铝K-a x射线相比，低能氦放电源更适合于价带电子跃迁的研究。

UPS可用于测量OLED薄膜的电离电位和其他价态数据(图5)．金样品的UPS可以用来确定费米能级的位置，UPS也可以用来直接测定HOMO的能量。在REELS数据中，HOMO轨道与π-π*跃迁中的π-键完全相同。

PFO材料价态的UPS谱

图5:PFO材料价态的UPS谱

USP和REELS给出了π HOMO的能量，REELS给出了π* LUMO的能级，这意味着可以绘制出PFO电子结构的能级图。从图中可以很容易地确定PFO的带隙为3.3 eV，与文献中的值一致。^1.

为了使用PFO生产优化的OLED器件，需要了解其价态结构。在生产基于PFO的OLED器件时，PFO将掺杂其他材料，以微调其电子能带结构和发光特性。上述非掺杂PFO的多技术方法也可用于分析掺杂PFO薄膜的电子结构。欧洲杯足球竞彩

总结

的性能OLED-based设备高度依赖于所用材料的电子和化学行为。欧洲杯足球竞彩多技术分析方法的使用使研究人员能够描述用于构造oled的材料，研究材料的表面是否是污染物，并更好地理解电子结构如何影响性能。欧洲杯足球竞彩

通过结合REEL和UPS的信息，可以创建PFO表面的能级图

图6:通过结合REEL和UPS的信息，可以创建PFO表面的能级图

致谢

赛默飞世尔科技公司感谢美国橡树岭国家实验室的Harry M.Meyer III提供样品并进行有益的讨论。

由英国西苏塞克斯塞默费雪科学欧洲杯足球竞彩东格林斯特德的保罗·麦克原创的材料制作。

参考文献和进一步阅读

廖丽姝，《应用物理通讯》，Vol. 76, No. 24, 2000年6月12日

本信息来源、审查和改编自Thermo Fisher Scientific–X射线光电子能谱（XPS）提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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)．

引用

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美国心理学协会
Thermo Fisher Scientific–X射线光电子能谱（XPS）。（2020年5月20日）。使用XPS、RELLS和UPS对有机LED材料进行表面表征。AZoM。于2021年6月27日从//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=17783.
MLA
Thermo Fisher Scientific–X射线光电子能谱（XPS）。“使用XPS、卷筒和UPS对有机LED材料进行表面表征”。AZoM．2021年6月27日。< //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=17783 >。
芝加哥
Thermo Fisher Scientific–X射线光电子能谱（XPS）。“使用XPS、卷筒和UPS对有机LED材料进行表面表征”。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=17783。(2021年6月27日生效)。
哈佛大学
Thermo Fisher Scientific–X射线光电子能谱（XPS），2020年。利用XPS, REELS和UPS进行有机LED材料的表面表征．AZoM, viewed June 2021, //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=17783。