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Semiconduttori molecolari organici

Adele Sassella

Crescita di film sottili. Film sottili di semiconduttori molecolari organici vengono cresciuti con la tecnica della epitassia da fasci molecolari organici (OMBE) in diverse condizioni, per lo studio del processo di crescita stesso e delle proprietà intrinseche dei materiali scelti nello stato solido, in particolare sotto forma di film sottili, che è la forma più adeguata in vista di applicazioni in dispositivi elettronici. Si studiano diverse famiglie di molecole, ad esempio oligoaceni, oligotiofeni, porfirine, acridine, rubreni. Il processo di crescita OMBE è controllato in-situ tramite spettroscopia di riflettanza anisotropa (RAS), che permette anche lo studio dell’evoluzione delle proprietà elettroniche dei campioni durante la crescita. Lo studio prosegue ex-situ, attraverso la caratterizzazione delle proprietà morfologiche e strutturali dei campioni, strettamente collegate al modo di crescita, prevalentemente utilizzando microscopia a forza atomica su differenti scale; infine, vengono studiate le proprietà ottiche e di trasporto dei film cresciuti con il continuo confronto con le proprietà del relativo cristallo singolo.

Nanostrutture. Film molecolari organici vengono cresciuti su cristalli singoli organici, di molecole uguali o affini, scelte in modo da ottenere condizioni di omo- ed etero- epitassia e quindi realizzare strutture artificiali con interfacce di elevata qualità e proprietà altamente controllate. I film sottili possono anche essere cresciuti in multistrati su vari substrati, organici e inorganici. La morfologia e la struttura dei diversi strati, la qualità dell’interfaccia, gli stati elettronici di film singoli e delle strutture complete sono poi studiati con tecniche di microscopia a scansione di sonda e tecniche ottiche.

Cristalli singoli. Si crescono cristalli singoli delle stesse molecole di interesse per i film e di molecole affini, sia con tecniche da soluzione sia con tecniche da fase vapore. Si è messa a punto una particolare tecnica detta della “goccia flottante” per ottenere cristalli di particolare qualità in termini di struttura, forma e dimensioni, quindi adatti ad essere utilizzati come riferimento per le proprietà strutturali e ottiche del materiale, ma anche come substrati per la crescita OMBE.

OMBE


Strumentazione

L’apparato OMBE è costituito da una camera di introduzione, una camera di metallizzazione e la camera di crescita, con sei sorgenti per diversi materiali, completa di microbilancia al quarzo per il controllo in-situ dello spessore dei film e l’apparato per misure RAS; una quarta camera per la caratatterizzazione ottica in-situ è in corso di allestimento. Sono disponibili ex-situ varie tecniche per misure di spettroscopia ottica, come assorbimento, riflessione, fotoluminescenza ed ellissometria, anche a bassa temperatura, fino a pochi K. Si usano diverse miscroscopie a scansione di sonda, principalmente microscopia a forza atomica, per caratterizzare la morfologia superficiale dei campioni e altre grandezze su scala micrometrica e nanometrica.