Analysis of bonding structure of ultrathin films of oligothiophene molecules grown on passivated silicon surfaces

前処理したシリコン表面に成長させたオリゴチオフェン分子超薄膜の結合構造解析

豊島 弘明*; 平賀 健太*; 大野 真也*; 田中 正俊*; 小澤 健一*; 間瀬 一彦*; 平尾 法恵; 関口 哲弘  ; 下山 巖   ; 馬場 祐治  

Toyoshima, Hiroaki*; Hiraga, Kenta*; Ono, Shinya*; Tanaka, Masatoshi*; Ozawa, Kenichi*; Mase, Kazuhiko*; Hirao, Norie; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao; Baba, Yuji

有機分子と半導体表面との界面状態はこれまで構築されてきた無機半導体技術に有機半導体を融合していくうえで重要となる。本研究ではさまざまな分子で前処理を行ったシリコン(Si)基板表面上における-チオフェンオリゴマー6量体(-6T)の薄膜形成過程をPES、角度分解NEXAFS(X線吸収端微細構造)、及びSDRS, RDS法により調べた。水分子を先に単分子吸着させたSi表面上に-6T分子を吸着させた場合は、角度分解NEXAFS法により-6T分子は基板表面上で分子主軸を直立させて配向することがわかった。また、垂直配向度は吸着厚みに依存した。0.6nmに比べ3nm以上の多分子層において配向性はより顕著であった。さらに、-6T分子の配向性は前処理した分子の種類に依存した。エチレンを曝したSi表面上において、-6T分子の配向はそれほど顕著でないことが見いだされた。前処理により分子配向を制御できる可能性を示す結果である。

The knowledge of the interaction between organic molecules and semiconductor surfaces plays an important role in adapting organic semiconductors into the semiconductor technology. In the present study, the process of -sexithiophene (-6T) thin layer formation on passivated silicon (Si) surfaces has been investigated in-situ by means of PES, angle-depended NEXAFS (near-edge X-ray absorption fine-structure), SDRS, and RDS. For water-adsorbed Si(001), it was found that the majority of -6T molecules are standing on the substrate. Above 3 nm, most of molecules are standing and constitute well ordered islands or films. For ethylene adsorbed Si(001) on the contrary, some of -6T molecules are flat-lying, resulting in less prominent orientation. Thus, the orientation of molecules depends on the method of passivation, which opens the possibility of controlling the molecular orientation by the surface modification.