Elektronische Prozesse verstehen

  Das Grundprinzip der ultravioletten Photoelektronenspektroskopie und der inversen Photoemissionspektroskopie. Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Das Grundprinzip der ultravioletten Photoelektronenspektroskopie (rot) und der inversen Photoemissionspektroskopie (blau).

Um elektronische Prozesse in organischen Bauelementen zu verstehen und zu verbessern, ist es unter anderem wichtig ein fundamentales Wissen über die elektronische Struktur der verwendeten Materialien und an der Grenzfläche zwischen zwei Materialien zu erlangen. Eine Möglichkeit hierfür bietet die Kombination von ultravioletter Photoelektronenspektroskopie (UPS) und Inverser Photoemissionspektroskopie (IPES). Während es mit UPS möglich ist die besetzten Zustände zu untersuchen, erhält man mit Hilfe der komplementären Methode IPES Aussagen über die unbesetzten Zustände oberhalb der Fermienergie EF. Mit Hilfe dieses Wissens ist es zum Beispiel möglich durch gezielte Oberflächenmodifikationen Injektionsbarrieren zu verschieben und somit einen verbesserten Ladungsträgertransport zu ermöglichen.

Die Kombination von UPS und IPES bietet des Weiteren die Möglichkeit die für den Transport wichtige Bandlücke und die Position von Dotier-Zuständen in Halbleitern zu bestimmen. Auch können Verschiebungen der Zustände oder die Entstehung weiterer Zustände durch zum Beispiel die chemische Wechselwirkung zweier Materialien an der Grenzfläche beobachtet und in Kombination mit DFT-Berechnungen analysiert werden.

In der Grafik ist das Grundprinzip der beiden Methoden abgebildet. Ebenfalls gezeigt sind das höchste besetzte Orbital eines Moleküls (HOMO) und das niedrigste unbesetzte Orbital eines Moleküls (LUMO), sowie die Elektronenaffinität (EA), die Ionisierungsenergie (IE) und die Austrittsarbeit Φ bezogen auf die Fermienergie (EF) und das Vakuumlevel (EVAC). Die Sekundär-Elektronen-Kante Ecutoff markiert den Photoionisationsgrenzwert und dient zur Bestimmung der Austrittsarbeit Φ über Φ = hν - Ecutoff.