Organic semiconductor interfaces with insulators and metals

Die elektronischen Wechselwirkungen von organischen Halbleitern nach der Selbstanordnung auf Metallen, oxidierten Metallen und ultradünnen Isolatoroberflächen wurden mit Hilfe von komplementären Messmethoden wie Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie, Beugung niederenergetischer Elektronen, Röntgenphotoelektronen und Ultraviolett Photoelektronen Spektroskopie untersucht. Zwei verschiedene Modellsysteme wurden ausgewählt und untersucht: Das erste Modellsystem umfasst die elektronischen Wechselwirkungen und die Selbstanordnung von Pentacen auf der Cu(110) sowie auf der oxidierten Cu(110) Oberfläche. In einem zweiten Modellsystem wurde die Grenzfläche zwischen Octaethylporphyrin und ultradünnen Isolatorschichten untersucht. Die Adsorption von Molekülen auf Isolatoroberflächen ist von besonderer Bedeutung, da diese sowohl die elektronischen als auch die chemischen Wechselwirkungen der Moleküle mit der Oberfläche deutlich reduzieren können. Bei der Untersuchung von Pentacen auf Cu(110) konnte ein komplexes Phasen-Verhalten beobachtet werden, das durch Verbiegen der Moleküle, unterschiedliche Anordnung der Moleküle, unterschiedliche Bedeckungen und die Molekülmobilität charakterisiert ist. Weiterhin wurde der Einfluss der adsorbierten Pentacen-Moleküle auf den Shockley- Oberflächenzustand der Cu(110) Oberfläche untersucht. Durch ein komplexes Zusammenspiel mehrerer physikalischer Phänomene wie die Pauli Abstossung, Ladungstransfer, Hybridisierung von elektronischen Zuständen sowie die Polarisation der Adsorbate im Dipolfeld der Oberfläche wird der Oberflächenzustand zu grösseren Bindungsenergien verschoben. Bei der Adsorption einer Monolage Pentacen nimmt zusätzlich die Besetzung des Oberflächenzustandes zu. Ein ähnlich komplexes Verhalten von Struktur und elektronischen Wechselwirkungen wurde bislang für kein anderes Molekül/Metall System gezeigt. Das Adsorptionsverhalten von Pentacen auf der oxidierten Cu(110) Oberfläche zeigt, dass sowohl die elektronischen Wechselwirkungen als auch die Oberflächenkorrugation eine grosse Rolle bei der Selbstanordnung spielen. Das zweite in dieser Dissertation studierte Modellsystem befasste sich mit den elektronischen Wechselwirkungen von Kupfer-Octaethylporphyrinen (CuOEP) mit ultradünnen Isolatorschichten. Die Hauptfragestellung bei diesem Projekt war, wie die elektronische Wechselwirkung zwischen Molekülen und Substrat mit zunehmender Isolatorschichtdicke abnimmt und ob es bei sehr geringen Schichtdicken (eine oder zwei Monolagen) möglich ist, die Moleküle vom Substrat elektrisch zu isolieren. Eine detaillierte Wachstumsstudie von NaCl auf unterschiedlichen Metallsubstraten führte zu homogenen, eine Monolage dicken NaCl Filmen, die mit nicht-lokalen Analyse-Methoden wie UPS und XPS untersucht werden können. Mittels Tieftemperatur STM und winkelaufgelöstem UPS konnte festgestellt werden, dass die Moleküle stark mit der Cu(111) und Ag(111) Oberfläche wechselwirken, was zu unbesetzten elektronischen Zuständen in der Bandlücke des Moleküls sowie zu einer Auslöschung des Shockley-Oberflächenzustandes führt. UPS- und XPSMessungen an diesem System zeigten einen starken Einfluss der chemischen Umgebung, was zu einer Verschiebung der Bindungsenergien von CuOEP auf NaCl verglichen mit CuOEP auf der Metalloberfläche führt. Diese Verschiebungen können auf eine unterschiedliche Abschirmung des Photoloches zurückgeführt werden.