Спектры локальных уровней молекулярных комплексов на основе фуллеренов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ЛИТЕРАТУРА

Норрса N.. Sancifia N.S. Н Maler. Res. 2004. V. 19. P. 1924.

Knnarev DA'.. Kovalevsky А Уч.. Litvinov Л.I... Drichko NA', Tarasov H I'. (Dppens Г.. I.yubovskayan R.N. i! J. of Solid Stale Chemistry, 2002. V. 168. P. 345.

I'o.HMtuu 10.П.. Лопатин ЛИ.. Николаев P.К.. Умрихип АН.. Умрихина М.А. И Ф ГГ. 2006 Т. 48. № 4. С. 761

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 06-02-96323).

Поступила в редакцию 16 октября 2006 г.

СПЕКТРЫ ЛОКАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНОВ

© Ю.И. Головин, Д.В. Лопатин, А.А. Самодуров, Р.А. Столяров

Golovin Yu.I.. i.opatin D.V.. Samodurov A.A.. Stolyarov R.A. Fullerene-based molecular complexes local levels spectra. Detection and research of local levels in the band-gap of fullcrcnc-based complexes affecting their electric conductivity were carried out. Parameters of material causing its transport properties were experimentally defined too.

Известно, что оптические и электрические свойства полупроводников в сильнейшей степени зависят или целиком определяются дефектной структурой и обусловленной ею системой локальных уровней в запрещенной зоне. В молекулярных комплексах на базе фул-леренов исследование физических свойств, сильно зависящих от концентрации и вида дефектов, представляют особый интерес, поскольку данные параметры влияю 1 на рабочие характеристики приборов и устройств. а в некоторых случаях даже определяют эти характеристики. Цель настоящей работы заключалась в обнаружении и исследовании локальных уровней в запрещенной зоне комплексов па основе фуллеренов, влияющих на их электрическую проводимость, а также в экспериментальном определении параметров материала. обусловливающих его транспортные свойства.

В работе исследовали спектры электронных ловушек в молекулярных комплексах на основе фуллерена СсНРмкс^МР'Оо (0- ТВРОА-гС'м (2). СиЯД'оо (3). ЬСУС60-С6Н5С1 (4). 1^-(Рь^с)-ОМР-С00 (5).

ГМРОА С60 (6), выращенных в ИПХФ РАН.

Исследования показали, что спектры ТСТ в температурном диапазоне 300-850 К в целом для комплексов

1—6 различны (рис. 3). В зависимости от соотношения концентраций носителей заряда па мелких и глубоких центрах захвата, а также от соотношения времен (сечений) захвата и рекомбинации носителей заряда реализуются различные режимы тсрмостимулированпой проводимости. Как следует из теории термостимулированных токов. 110 виду кривых ГСТ можно судить о характере рекомбинации. Рассмотрим особенности температурных зависимостей ТСТ для 1-6.

500

I (i-5,3 К .''мин 400 j р,=9 К/мин j (3,-5 Л К/мин <;300-| рг-3 К/мин.

/

/„ -18 н/\ 4=0,5 нА 4“0,1 иА 4=5 нА ■>.

х100

400 500 600 700 800 900

Т. К

Т, к

Рис. I. Семейства температурных зависимостей термостимулированною тока проводимое!и фуллереносодержащих комплексов 1-6. - скорость нагрева, Д, - начальный ток

В комплексе 3 пик спектра ТСТ асиммегричен и имеет олин максимум при температуре, определяемой глубиной ловушек, сечением 'захвата и скоростью нагревания. Это свидетельствует о «мономолекулярном» режиме термоетимулированной проводимости в этих кристаллах при данной температуре и показывает наличие в 71 их комплексах быстрых уровней захвата на данной глубине. Для осуществления такого режима необходимо, чтобы концентрация более глубоких центров захвата значительно превышала концентрацию центров, опустошающихся в интервале исследуемых температур, а время рекомбинации свободных электронов оставалось постоянной величиной.

Отсутствие максимума на кривых ТСТ и неограниченный рост тока с увеличением температуры предполагает «бимолекулярную» рекомбинацию тсрмостимули-рованной проводимости с условием слабого передах вата (комплексы 2 нри Т> 800 К. 3 при Т> 600 К. 4 и 5). Данный режим реализуется в случае, когда концентрация более глубоких центров захвата носителей заряда пренебрежимо мала и время рекомбинации электрона с дыркой много меньше времени захвата свободных электронов на центр захвата с энергией IV,.

Пики кривых ТСТ 1 и 6 до Т= 375 К имеют гладкую огибающую и практически симметричны относительно температуры максимума. Это обстоятельство говорит о термоетимулированной проводимости при смешанной рекомбинации.

Глубина залегания уровня ловушек определенная по наклону начального участка пика термостимулированного тока, составила:

И'„т = 0.44 ±0.01 эВ,

И'„,2) = 1,29 ± 0.02 эВ и 1У,2{2) = 1.38 ± 0.01 эВ.

*Т„ш = 0.43±0.02эВи Н)г0)= 1.29 ± 0.02 эВ.

И/„,4, = 0.93 ± 0.02 эВ.

^„(5) = 0,43 ± 0,02 эВ.

^,(6) = 0,07 ± 0.02 эВ и И',*6» = 0.43 ± 0.02 эВ.

В комплексах 2 при Т< 780 К и 6 при Т > 400 К наблюдалась плохо структурированная форма ТСТ с невыраженными пиками, что свидетельствует о размытости распределения электронных состояний по запрещенной зоне. Пики образуют характерный пакет с

11-образной огибающей и затянутым низкотемпературным склоном. В координатах 1п(/) - I/АТ этот склон изгибается так, что угол наклона (эффективное значение энергии термической активации) растет. Это указывает на «квазинепрерывность» энергетического распределения электрически активных дефектов с гауссовой формой распределения по энергии в запрещенной зоне.

В четырех комплексах (I. 3, 5 и 6) определены ловушки на глубине порядка 0,43 эВ от дна зоны проводимости. Это дает право предположить, что в этих кристаллах образуются центры захвата, обусловленные одним типом дефектов.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (фант № 06-02-96323).

РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР КОМПЛЕКСОВ Bz4BTPE C60 И LCV-C*

© Д.В. Лопатин, В.В. Коренков, Е.С. Чиркин

Lopatin D.V.. Korenkov V.V., Chirkin F..S. Calculations of molccular structures of complexes BZ4BTPR С<ю and LCV-CV,n. Donor-acceptor complexes Bz,jBTPE-Cf>n and I.CV Cwi molecular structures calculations in framework of quantum-mechanical PM3 models were carried out. Calculations and AFM images revealed layered structure of these crystals.

Одним из перспективных материалов для электрон-но-оптических устройств, в том числе и фотопрсобра-зователей энергии, являются донорно-акцепгорные комплексы фуллсренов с органическими донорами, имеющие слоистую структуру. В молекулярных соединениях такого типа возможен фотоиндуцированный перенос электронной плотности с донора на акцептор, приводящий к образованию разделенных зарядов с большим временем жизни за счет пространственной делокализации электрона на объемной молекуле С^ и последующему движению электрона по фуллереновому слою вследствие эффективного перекрывания молекулярных орбиталей соседних молекул. В случае ван-дер-ваальсовых комплексов существует проблема ротационной разупорядочснности молекул фуллерена. что затрудняет дифракционные исследования и снижает точность определения структур соединений данного класса. Цель настоящей работы - моделирование моле-

кулярной структуры комплексов В24ВТРГС00 и ГСУ-Сбо и сопоставление результатов моделирования с данными АСМ.

Молекулярные структуры рассчитаны полуэмпири-ческим методом Мартина - 11лесссра третьего порядка (РМЗ). В качестве исходных параметров использовали значения длин связей и углов между ними для фуллерена С60 и доноров Вт^ГРЕ (1е1гаЬепго( 1.2-Ыя [4П-1Ыоругап-4-уН(1е11е"|е1Ьспс)) и [XV (4. 4',

4"-тс1Ьу[{с1упегт (М,М-сПтс1Ну1апШпс)). Первоначальную расстановку атомов в молекулах донора и фуллерена С60 выполняли с помощью оригинального программного обеспечения, промежуточные вычисления и визуализацию расчетов производили в программе Аг^и.чГаЬ [1]. Оптимизацию геометрии взаимного расположения молекул проводили из условия минимума свободной энергии. Атомно-силовые изображения реальных комплексов были получены на микроскопе