✖


Jump to content

Фотопроводящая атомно-силовая микроскопия

    Add links
    Анимация, изображающая процесс отбора проб ПК-АСМ.

    Фотопроводящая атомно-силовая микроскопия ( PC-AFM ) — это вариант атомно-силовой микроскопии , который измеряет фотопроводимость в дополнение к поверхностным силам.

    Фон

    [ редактировать ]

    Многослойные фотоэлектрические элементы приобрели популярность с середины 1980-х годов. [1] В то время исследования были в основном сосредоточены на однослойных фотоэлектрических (PV) устройствах между двумя электродами, в которых фотоэлектрические свойства во многом зависели от природы электродов. Кроме того, однослойные фотоэлектрические устройства, как известно, имеют низкий коэффициент заполнения . Это свойство во многом объясняется сопротивлением, свойственным органическому слою. Основы pc-AFM представляют собой модификации традиционного AFM и ориентированы на использование pc-AFM для определения характеристик PV. Основные модификации ПК-АСМ включают: второй осветительный лазер, инвертированный микроскоп и фильтр нейтральной плотности. Эти компоненты помогают точно совместить осветительный лазер и наконечник АСМ внутри образца. Такие модификации должны дополнять существующие принципы и инструментальные модули ПК-АСМ, чтобы минимизировать влияние механического шума и других помех на кантилевер и образец.

    Первоначальное исследование фотоэлектрического эффекта можно отнести к исследованию, опубликованному Анри Беккерелем в 1839 году. [2] Беккерель заметил возникновение фототока после освещения, когда он погружал платиновые электроды в водный раствор хлорида или бромида серебра . [3] В начале 20 века Почеттино и Фольмер исследовали первое органическое соединение антрацен , в котором наблюдалась фотопроводимость. [2] [4] [5] Антрацен тщательно изучался из-за его известной кристаллической структуры и коммерческой доступности в виде монокристаллов антрацена высокой чистоты. [6] [7] Исследования фотопроводящих свойств органических красителей, таких как метиленовый синий, были начаты только в начале 1960-х годов в связи с открытием в этих красителях ФВ-эффекта. [8] [9] [10] В дальнейших исследованиях было установлено, что важные биологические молекулы, такие как хлорофиллы , каротины , другие порфирины , а также структурно подобные фталоцианины, также проявляют PV-эффект. [2] Хотя было исследовано множество различных смесей, на рынке доминируют неорганические солнечные элементы , которые немного дороже, чем солнечные элементы на органической основе. Обычно используемые солнечные элементы на неорганической основе включают кристаллические , поликристаллические и аморфные подложки, такие как кремний , селенид галлия , арсенид галлия , селенид меди, индия, галлия и теллурид кадмия .

    В связи с постоянно растущим высоким спросом на дешевые, чистые источники энергии, органические фотоэлектрические устройства (ОПВ) (органические солнечные элементы) широко изучались, чтобы помочь снизить зависимость от ископаемого топлива и ограничить выбросы парниковых газов (особенно CO 2 ) . , NO x и SO x ). Глобальный спрос на солнечную энергию увеличился на 54% в 2010 году, в то время как только в Соединенных Штатах в 2010 году было установлено более 2,3 ГВт источников солнечной энергии. [11] Некоторые из качеств, которые делают OPV такими многообещающими кандидатами для решения этой проблемы, включают их низкую стоимость производства, производительность, надежность и химически настраиваемые электрические свойства, а также значительное сокращение производства парниковых газов . [12] На протяжении десятилетий исследователи считали, что максимальный КПД преобразования энергии (PCE), скорее всего, останется ниже 0,1%. [2] Только в 1979 году Тан сообщил о двухслойном тонкопленочном фотоэлектрическом устройстве, которое в конечном итоге обеспечило эффективность преобразования энергии 1%. [1] Исследование Тана было опубликовано в 1986 году, что позволило другим расшифровать многие проблемы, которые ограничивали базовое понимание процесса, связанного с OPV. В последующие годы большая часть исследований была сосредоточена на сложной смеси поли(3-гексилтиопефена) ( P3HT ) и метилового эфира фенил-C61-масляной кислоты (PCBM). Это, наряду с исследованиями фуллеренов , обусловило большинство исследований, касающихся ОПВ, на протяжении многих лет. [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] на основе полимеров В ходе более поздних исследований были созданы солнечные элементы с объемным гетеропереходом , а также донорно-акцепторные сополимеры с низкой запрещенной зоной для устройств OPV на основе PCBM. [13] [14] Эти донорно-акцепторные сополимеры с низкой запрещенной зоной способны поглощать более высокий процент солнечного спектра по сравнению с другими высокоэффективными полимерами. [14] Эти сополимеры широко исследовались из-за их способности настраивать определенные оптические и электрические свойства. [14] На сегодняшний день лучшие устройства OPV имеют максимальный КПД преобразования энергии примерно 8,13%. [19] Такая низкая эффективность преобразования мощности напрямую связана с различиями в морфологии пленки на наноуровне. Объяснения морфологии пленки включают рекомбинацию и/или захват зарядов, низкие напряжения холостого хода, гетерогенные интерфейсы, границы зерен и домены с разделенной фазой. [14] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] Многие из этих проблем возникают из-за недостаточного знания электрооптических свойств на наноуровне. В многочисленных исследованиях было замечено, что неоднородности электрических и оптических свойств влияют на производительность устройства. [12] Эти неоднородности, возникающие в OPV, являются результатом производственного процесса, например, времени отжига, который объясняется ниже. Исследования в основном заключались в выяснении того, как именно морфология пленки влияет на производительность устройства.

    До недавнего времени методы микроскопии, используемые для характеристики этих OPV, включали атомно-силовую микроскопию (АСМ), трансмиссионную электронную микроскопию (ПЭМ) и сканирующую трансмиссионную рентгеновскую микроскопию (STXM). [27] Эти методы очень полезны для выявления локальной морфологии на поверхности пленки, но не способны предоставить фундаментальную информацию о локальной генерации фототока и, в конечном итоге, о характеристиках устройства. Для получения информации, связывающей электрические и оптические свойства, использование электросканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) является активной областью исследований. Электростатическая силовая микроскопия (ЭСМ) и сканирующая зондовая микроскопия Кельвина (СКПМ) использовались при изучении эффектов инжекции электронов и захвата заряда, а сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и кондуктивная атомно-силовая микроскопия (c-АСМ) использовались для исследования свойства переноса электронов в этих органических полупроводниках . [4] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] Проводящая АСМ широко использовалась для характеристики локальных электрических свойств как в фотоэлектрических смесях фуллеренов, так и в органических пленках, но ни в одном отчете не было показано использование c-AFM для отображения распределения фототоков в тонких органических пленках. [27] К самым последним вариантам устройств СЗМ относятся (tr-EFM) и фотокондуктивный АСМ (pc-AFM). [27] Оба эти метода способны получать информацию о скорости фотоиндуцированного заряда с наномасштабным разрешением. [27] Преимущество pc-AFM перед tr-ERM заключается в максимально достижимом разрешении каждым методом. pc-AFM может отображать распределения фототока с разрешением примерно 20 нм, тогда как tr-EFM в то время мог получить разрешение только от 50 до 100 нм. [27] Еще один важный фактор, на который следует обратить внимание, заключается в том, что, хотя tr-EFM способен характеризовать тонкие пленки внутри органических солнечных элементов, он не может предоставить необходимую информацию о градиенте емкости или поверхностном потенциале тонкой пленки. [34]

    Происхождение PC-AFM связано с работой, выполненной Гердом Биннигом и Генрихом Рорером в области СТМ, за которую они были удостоены Нобелевской премии по физике в 1986 году. Они изготовили инструмент, называемый сканирующим туннельным микроскопом (СТМ), и продемонстрировали, что СТМ обеспечивает поверхность топография в атомном масштабе. [35] Этот метод микроскопии давал разрешение, почти такое же, как у сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). [35]

    Теория

    [ редактировать ]

    Фундаментальные принципы фотопроводящей атомно-силовой микроскопии (pc-AFM) основаны на принципах традиционной атомно-силовой микроскопии (AFM), заключающейся в том, что сверхтонкий металлический наконечник сканирует поверхность материала для количественной оценки топологических особенностей. [36] [37] [38] [39] [40] [41] Рабочие помещения для всех типов методов АСМ во многом зависят от основ кантилевера АСМ, металлического наконечника, сканирующей пьезотрубки и петли обратной связи, которая передает информацию от лазеров, которые направляют движение зонда по поверхности образца. Сверхтонкие размеры иглы и способ сканирования поверхности обеспечивают латеральное разрешение 500 нм или меньше. В АСМ кантилевер и наконечник действуют как масса на пружине. Когда на пружину (консоль) действует сила, реакция пружины напрямую связана с величиной силы. [37] [38] k определяется как силовая постоянная кантилевера.

    Закон Гука для движения кантилевера: [37] [38]

    Силы, действующие на наконечник, таковы, что пружина (кантилевер) остается мягкой, но реагирует на приложенную силу с определяемой резонансной частотой f o . В законе Гука k — это жесткость пружины кантилевера, а определяется mo как масса, действующая на кантилевер: масса самой кантилевера и масса наконечника. Соотношение между f o и жесткостью пружины таково, что k должно быть очень малым, чтобы пружина стала мягкой. Поскольку k и mo также должно уменьшаться , находятся в соотношении, значение m o чтобы увеличить значение отношения. Манипулирование значениями таким образом обеспечивает необходимую высокую резонансную частоту. Типичное mo значение имеет величину 10 −10 кг и создает частоту около 2 кГц. [40]

    Выражение для резонансной частоты пружины:

    На поведение кантилевера влияют несколько сил : силы притяжения и отталкивания Ван-дер-Ваальса и электростатическое отталкивание . [38] Изменения этих сил отслеживаются направляющим лазером, который отражается от задней части кантилевера и обнаруживается фотодетектором . [36] [37] Силы притяжения между атомами на поверхности образца и атомом на кончике АСМ притягивают кончик кантилевера ближе к поверхности. [18] Когда кончик кантилевера и поверхность образца находятся в пределах нескольких ангстрем, в действие вступают силы отталкивания в результате электростатических взаимодействий . [38] [41] Также существует сила, действующая со стороны кантилевера, прижимающая кончик. Величина силы, действующей на кантилевер, зависит от направления его движения, притягивается ли он к поверхности образца или отталкивается от него. [38] Когда кончик кантилевера и поверхность вступают в контакт, одиночный атом на кончике кончика и атомы на поверхности демонстрируют потенциал Леннарда-Джонса . Атомы проявляют силы притяжения до определенного момента, а затем испытывают отталкивание друг от друга. Термин r o представляет собой расстояние, при котором сумма потенциалов между двумя атомами равна нулю. [38] [41]

    Сила на наконечнике АСМ с точки зрения потенциала Леннарда-Джонса : [38] [41]

    Модификации этой ранней работы были реализованы для проведения АСМ-анализа как проводящих, так и непроводящих материалов. Кондуктивная атомно-силовая микроскопия (c-AFM) является одним из таких методов модификации. Метод c-AFM основан на измерении флуктуаций тока от смещенного зонда и образца и одновременном измерении изменений топографических особенностей. [12] Во всех методиках АСМ могут использоваться два режима работы: контактный и бесконтактный. [36] В c-AFM резонансный контактный режим используется для получения топографических данных по току, который измеряется между смещенным наконечником АСМ и поверхностью образца. [12] При этом типе операций ток измеряется в небольшом пространстве между наконечником и поверхностью образца. [12] Эта количественная оценка основана на взаимосвязи между током, проходящим через образец, и толщиной слоя. [42] В предыдущем уравнении A eff — эффективная площадь эмиссии на инжекционном электроде, q — заряд электрона, h — постоянная Планка, m eff / m 0 = 0,5, которая представляет собой эффективную массу электрона в зоне проводимости образец, d — толщина образца, Φ — высота барьера. [42] Символ β , коэффициент усиления поля, учитывает неплоскую геометрию используемого наконечника. [42]

    Зависимость между проводящим током и толщиной слоя образца: [42]

    Точность всех методов АСМ во многом зависит от трубки сканирования образца, пьезотрубки. Сканер пьезотрубки отвечает за направление смещения наконечника во время анализа образца и зависит от режима анализа. Пьезокомпоненты либо расположены ортогонально, либо изготавливаются в виде цилиндра. [36] [37] Во всех методах топография образца измеряется движением пьезоэлементов по осям X и Y. При выполнении бесконтактного режима pc-AFM пьезотрубка удерживает зонд от перемещения в направлении x и y и измеряет фототок между поверхностью образца и проводящим наконечником в направлении z. [36] [37]

    Образец сканирующей пьезотрубки в АСМ [43]

    Принципы работы пьезотрубки зависят от того, как пьезоэлектрический материал реагирует на приложенное напряжение внутри или снаружи трубки. Когда напряжение подается на два электрода, подключенных к сканеру, трубка расширяется или сжимается, вызывая движение наконечника АСМ в направлении этого движения. Это явление иллюстрируется тем, что пьезотрубка смещается на угол θ. Когда трубка смещается, образец, который в традиционной АСМ прикреплен к трубке, генерирует боковое перемещение и вращение относительно наконечника АСМ, таким образом, движение наконечника генерируется в направлениях x и y. [43] При подаче напряжения внутрь трубки осуществляется движение в направлении z.Взаимосвязь между движением пьезотрубки и направлением смещения наконечника АСМ предполагает, что трубка совершенно симметрична. [43] Когда к трубке не приложено напряжение, ось Z делит трубку, образец и предметный столик пополам симметрично. Когда напряжение прикладывается к внешней стороне трубки (движение по осям x и y), расширение трубки можно понимать как дугу окружности. В этом уравнении член r указывает внешний радиус пьезотрубки, R — радиус кривизны трубки при приложенном напряжении, θ — угол изгиба трубки, L — начальная длина трубки, а ΔL — удлинение трубки после подачи напряжения. [43] Изменение длины пьезотрубки ΔL выражается как интенсивность электрического поля, приложенного к внешней стороне трубки, напряжение вдоль оси x U x и толщина стенки трубки.

    Выражения для геометрии изгиба пьезотрубки: [43]

    Смещение по длине с точки зрения внешнего электрического поля: [43]

    Выражение для смещения трубки, θ : [43]

    С помощью расчета θ смещение зонда в направлениях x и z можно рассчитать как:

    Выражения для перемещения зонда в направлениях x и z: [43]

    Еще одной фундаментальной концепцией всех AFM является петля обратной связи . Петля обратной связи особенно важна в бесконтактных методах АСМ, особенно в ПК-АСМ. Как упоминалось ранее, в бесконтактном режиме кантилевер неподвижен, и наконечник не вступает в физический контакт с поверхностью образца. [36] Кантилевер ведет себя как пружина и колеблется на своей резонансной частоте. Топологическое отклонение приводит к тому, что пружинистые колебания кантилевера меняют амплитуду и фазу, чтобы предотвратить столкновение наконечника с топографией образца. [37] Бесконтактная петля обратной связи используется для управления изменениями колебаний кантилевера. [37] Применение АСМ на непроводящих образцах (c-AFM) в последние годы превратилось в модификацию, используемую для анализа морфологии в локальном масштабе, особенно морфологии в гетеропереходах многослойных образцов. [12] [18] [44] [45] [46] Фотопроводящая атомно-силовая микроскопия (pc-AFM) особенно распространена при разработке органических фотоэлектрических устройств (OPV). [12] [45] [46] Фундаментальной модификацией c-AFM в pc-AFM является добавление источника освещения и инвертированного микроскопа, который фокусирует лазер на точку нанометрового масштаба непосредственно под проводящим наконечником AFM. [18] [44] Основная концепция осветительной лазерной точки заключается в том, что она должна быть достаточно маленькой, чтобы уместиться в пределах ультратонких пленок. Эти характеристики достигаются за счет использования монохроматического источника света и лазерного фильтра. [18] [44] В применении OPV применение осветительного лазера к границам ультратонких пленок дополнительно поддерживается недавней разработкой смеси объемного гетероперехода (BHJ) из донорного и акцепторного материала в пленке. [46] Комбинация проводящего наконечника и осветительного лазера позволяет получать изображения фототока с вертикальным разрешением в диапазоне от 0 до 10 пА при наложении на полученные топографические данные. [18] [44] [47] Также уникальными для этой модификации являются данные спектров, полученные путем сравнения тока между зондом и образцом с различными параметрами, включая: длину волны лазера, приложенное напряжение и интенсивность света. [44] Сообщалось также, что метод pc-AFM позволяет обнаружить локальное поверхностное окисление при вертикальном разрешении 80 нм. [42]

    Разрешение фототока по сравнению с традиционным топографическим изображением. Репродукция предоставлена ​​Американским химическим обществом. Номер лицензии: 2656610690457 [18]

    Инструментарий

    [ редактировать ]

    Инструментарий, используемый для ПК-АСМ, очень похож на тот, который необходим для традиционной АСМ или модифицированной кондуктивной АСМ. Основное отличие ПК-АСМ от других типов АСМ-инструментов заключается в источнике освещения, который фокусируется через инвертированный объектив микроскопа , и фильтре нейтральной плотности , расположенном рядом с источником освещения. [12] [18] [44] [47] Технические параметры ПК-АСМ идентичны традиционным методам АСМ. [12] [18] [36] [44] [47] В этом разделе основное внимание будет уделено инструментам, необходимым для АСМ, а затем подробно описаны требования к модификации ПК-АСМ. Основными инструментальными компонентами всех методов АСМ являются проводящий кантилевер и наконечник АСМ, модифицированные пьезокомпоненты и подложка образца. [36] [48] Компоненты фотопроводящей модификации включают: источник освещения (лазер 532 нм), фильтр и инвертированный микроскоп. При модификации традиционного АСМ для ПК все компоненты должны быть объединены таким образом, чтобы они не мешали друг другу и чтобы различные источники шума и механических помех не нарушали работу оптических компонентов. [48]

    Схема компонентов анализа проб АСМ. Репродукция предоставлена ​​Американским химическим обществом. Номер лицензии: 265674124703 [18]

    В традиционных приборах столик представляет собой цилиндрический сканер с пьезотрубкой, минимизирующий влияние механического шума . [48] [49] Большинство цилиндрических пьезоэлементов имеют длину от 12 до 24 мм и диаметр от 6 до 12 мм. [25] Внешняя поверхность пьезотрубки покрыта тонким слоем проводящего металла, чтобы эта область могла выдерживать электрическое поле . [25] Внутренняя часть цилиндра разделена на четыре области (области x и y) непроводящими металлическими полосами. [36] [49] Электрические выводы прикреплены к одному концу и внешней стенке цилиндра так, чтобы можно было подать ток. Когда напряжение прикладывается снаружи, цилиндр расширяется в направлениях x и y. Напряжение внутри трубки вызывает расширение цилиндра в направлении z и, следовательно, перемещение наконечника в направлении z. [36] [48] [49] Размещение пьезотрубки зависит от типа выполняемой АСМ и режима анализа. Однако z-пьезоэлемент всегда должен быть закреплен над наконечником и кантилевером, чтобы контролировать z-движение. [37] Такая конфигурация чаще всего встречается в модификациях c-AFM и pc-AFM, чтобы освободить место для дополнительных инструментальных компонентов, которые размещаются ниже столика сканирования. [48] Это особенно справедливо для pc-AFM, пьезокомпоненты которого должны быть расположены над кантилевером и наконечником так, чтобы осветительный лазер мог проходить через образец. [ нужны разъяснения ] с приложенным напряжением [50]

    В некоторых конфигурациях пьезокомпоненты могут быть расположены в виде штатива. В этом типе установки компоненты x, y и z расположены ортогонально друг другу, а их вершина прикреплена к подвижной точке поворота. [37] Как и в случае с цилиндрическим пьезоэлементом, в конструкции штатива на пьезоэлемент подается напряжение, соответствующее соответствующему направлению перемещения наконечника. [37] В этом типе установки образец и подложка устанавливаются поверх z-пьезокомпонента. Когда используются пьезокомпоненты x и y, ортогональная конструкция заставляет их прижиматься к основанию z-пьезоэлемента, заставляя z-пьезоэлемент вращаться вокруг фиксированной точки. [37] Подача напряжения на z-пьезоэлемент заставляет трубку двигаться вверх и вниз в точке поворота. [37]

    Схема штатива пьезоэлектрического [51]

    Другие важные компоненты приборов АСМ включают модуль наконечника АСМ, который включает в себя: наконечник АСМ, кантилевер и направляющий лазер. [36] Когда пьезотрубка расположена над кантилевером и наконечником, направляющий лазер фокусируется через трубку на зеркало, которое опирается на кончик кантилевера. [51] Направляющий лазер отражается от зеркала и регистрируется фотодетектором. Лазер определяет, когда изменяются силы, действующие на наконечник. Отраженный лазерный луч от этого явления достигает детектора . [36] [49] Выходной сигнал этого детектора действует как реакция на изменения силы, и кантилевер регулирует положение наконечника, сохраняя при этом постоянной силу, действующую на наконечник. [36] [49] [51]

    Приборы для кондуктивной АСМ (c-AFM) развивались в связи с желанием измерять локальные электрические свойства материалов с высоким разрешением. Основными компонентами являются: пьезотрубка, направляющий лазер, проводящий наконечник и кантилевер. Хотя эти компоненты идентичны традиционным АСМ, их конфигурация адаптирована для измерения поверхностных токов в локальном масштабе. Как упоминалось ранее, пьезотрубку можно разместить как над, так и под образцом, в зависимости от применения оборудования. В случае c-AFM преимущественно используется режим отталкивающего контакта для получения изображений электрического тока с поверхности при движении образца в направлениях x и y. Размещение Z-пьезоэлемента над кантилевером позволяет лучше контролировать кантилевер и наконечник во время анализа. [37] Материал, из которого изготовлены проводящий наконечник и кантилевер, может быть адаптирован для конкретного применения. кантилеверы с металлическим покрытием, золотая проволока, цельнометаллические кантилеверы и алмазные кантилеверы. Используются [52] Во многих случаях предпочтительным материалом для кантилевера и/или наконечника является алмаз, поскольку это чрезвычайно твердый материал, который не окисляется в условиях окружающей среды. [52] Основное различие между инструментами c-AFM и STM заключается в том, что в c-AFM напряжение смещения может быть непосредственно приложено к наноструктуре (иглу и подложке). [53] С другой стороны, в СТМ приложенное напряжение должно поддерживаться внутри вакуумного туннельного зазора между зондом СТМ и поверхностью. [36] [53] Когда игла находится в тесном контакте с поверхностью образца, приложение напряжения смещения к игле создает вакуумный зазор между иглой и образцом, что позволяет исследовать транспорт электронов через наноструктуры. [53]

    Отталкивающий контакт между проводящим наконечником АСМ с золотым покрытием и образцом. [54]

    Основные компоненты и инструментарий c-AFM идентичны тем, которые необходимы для модуля pc-AFM. Единственными модификациями являются источник освещения, фильтр и объектив инвертированного микроскопа, расположенные под подложкой образца. Фактически, большинство инструментов pc-AFM просто модифицированы из существующих инструментов CP-AFM. Первый отчет об этой инструментальной модификации появился в 2008 году. В этой статье Ли и его коллеги применили вышеупомянутые модификации для изучения разрешения фототоковой визуализации. Их конструкция состояла из трех основных узлов: проводящей зеркальной пластины, рулевого зеркала и лазерного источника.Основная трудность ранее существовавших приборов c-AFM заключается в неспособности метода характеризовать фотонные устройства. [55] В частности, трудно измерить изменения локальных и наноразмерных электрических свойств, возникающие в результате фотонного эффекта. [55] Компонент оптического освещения (лазер) был добавлен в модуль c-AFM, чтобы сделать такие свойства видимыми. На ранних этапах разработки основные проблемы, связанные с pc-AFM, включают: физическую конфигурацию, лазерные помехи и юстировку лазера. [55] Хотя многие из этих проблем были решены, модули pc-AFM по-прежнему сильно отличаются от c-AFM и традиционных инструментов AFM.

    Первая основная проблема связана с конфигурацией компонентов и с тем, достаточно ли физически места для модификации в тесном модуле c-AFM. Конфигурация компонентов должна быть такой, чтобы добавление компонента лазерной подсветки не вызывало помех в работе других устройств. [55] [56] Взаимодействие между осветительным лазером и направляющим лазером также вызывало беспокойство. Первой попыткой решить эти две проблемы было размещение призмы между кончиком образца и поверхностью так, чтобы призма позволяла осветительному лазеру отражаться от границы между призмой и лазером и, таким образом, фокусироваться в локализованном пятне на образце. поверхность. [45] [55] Однако нехватка места для призмы и возникновение множественных отражений света при установке призмы потребовали другой концепции конфигурации.

    Модуль, построенный Lee et al. реализовали наклонную зеркальную пластину, расположенную под подложкой образца. Это проводящее зеркало было наклонено под углом 45° и успешно отражало освещающий лазер в сфокусированное пятно прямо под проводящим наконечником. [55] Управляющее зеркало использовалось как средство управления траекторией лазерного источника, благодаря этому положение отраженного луча на образце можно было легко регулировать для размещения под наконечником АСМ. [55] Лазерный источник освещения представлял собой твердотельную лазерную систему с диодной накачкой, создававшую длину волны 532 нм и пятно размером 1 мм в образце.

    модуль pc-AFM с проводящим зеркалом

    Добавление зеркала и лазера под подложку образца приводит к более высокому уровню сканирования за счет поднятия подложки образца. Эта конфигурация не влияет на другие компоненты прибора и не влияет на производительность АСМ. [55] Этот результат был подтвержден идентичными топографическими изображениями, полученными с размещением зеркала и лазера и без него. Эта конкретная установка требовала разделения пьезосканеров x, y и z. Разделение пьезотрубок позволяет устранить перекрестную связь xz и ошибки размера сканирования, что часто встречается в традиционном АСМ. [55]

    Кроме того, не было обнаружено никаких свидетельств лазерных помех между направляющим и облучающим лазером. Направляющий лазер с длиной волны 650 нм попадает на зеркало на задней стороне проводящего кантилевера по вертикальной траектории и отражается от кантилевера в сторону позиционно-чувствительного фотодетектора (ПСПД). [55] С другой стороны, луч освещения проходит из-под платформы для образцов и отражается на нужное место отражающим зеркалом. Угол зеркальной пластины гарантирует, что луч не выйдет за пределы поверхности образца. [55]

    Проводящий наконечник АСМ легко выравнивался по отраженному лучу освещения. Сообщается, что размер лазерного пятна в образце составляет 1 мм, и его можно обнаружить с помощью записывающего устройства АСМ. [55] Удобство этого метода заключается в том, что лазерное выравнивание необходимо только для получения изображений в направлении z, поскольку фототоки отображаются в этом направлении. [55] Таким образом, обычная АСМ/c-АСМ может быть реализована для анализа в направлениях x и y.Инструментальный модуль, предложенный Lee et al. производилось пятно от лазерной подсветки толщиной 1 мм. Недавние применения изменили конструкцию Ли, чтобы уменьшить размер пятна и одновременно увеличить интенсивность этого лазера. В последних приборах наклонное зеркало заменено инвертированным микроскопом и фильтром нейтральной плотности. [12] [18] [44] [46] [47] В этом устройстве пьезоэлементы x и y, осветительный лазер и инвертированная микроскопия расположены под подложкой образца, а z-пьезоэлементы остаются над проводящим кантилевером. [12] [18] [44] [46] [47] [57] В заявках Ginger et al. Для увеличения затухания лазера добавляется фильтр нейтральной плотности, а точность лазерного выравнивания повышается за счет добавления инвертированного микроскопа.

    Одна из наиболее распространенных установок pc-AFM включает в себя источник света, который излучает видимый спектр вместе с оксида индия и олова полупроводниковым слоем (ITO) (используемым в качестве нижнего катода ). [2] Позолоченный кремниевый АСМ-зонд часто используется в качестве верхнего анода в исследованиях ПК-АСМ. Этот электрод, который пропускает относительно небольшой ток внутри себя, способен создавать наноразмерные отверстия в материале образца, в которых два электрода могут обнаруживать относительно небольшое изменение проводимости из-за потока от верхнего электрода к нижнему электроду. [44] Комбинация этих элементов обеспечивала интенсивность лазера в диапазоне от 10 до 108 Вт/м. 2 и уменьшил размер лазерного пятна до субмикронных размеров, что сделало этот метод полезным для нанесения тонких нанометровых пленок OPV. [12] [46] [57]

    Изображение приборов ПК-АСМ и подложки образца [12]

    Приложения

    [ редактировать ]

    Несмотря на то, что существует значительное понимание того, как работают OPV, все еще трудно связать функциональность устройства с локальными пленочными структурами. [27] Эту трудность можно объяснить минимальной генерацией тока в данной точке внутри OPV. [12] С помощью pc-AFM устройства OPV можно исследовать на наноуровне и помочь расширить наши фундаментальные знания о механизмах, задействованных в OPV на наноуровне. [47] pc-AFM способен собирать такую ​​информацию, как картирование фототоков, различия в морфологии пленок, определение донорно-акцепторных доменов, графики зависимости плотности тока от напряжения, квантовую эффективность и приблизительную подвижность носителей заряда. [12] [16] [46] [47] [58] [59] [60] [61] [62] [63] Одной из других примечательных характеристик pc-AFM является его способность одновременно предоставлять информацию о топологических и фототоковых свойствах устройства на наноуровне. [17] При использовании этого метода одновременного отбора проб обработка проб сводится к минимуму и может обеспечить более точные результаты. В исследовании Пингри и др. pc-AFM использовалась для измерения того, как развиваются пространственные отклонения в генерации фототока при различных методах обработки. [16] Авторам удалось сравнить эти изменения фототока с длительностью процесса отжига. [16] Они пришли к выводу, что увеличение времени отжига позволяет улучшить разделение фаз на наноуровне, а также создать более упорядоченное устройство. [16] Фактическое время процесса отжига варьируется в зависимости от свойств используемых полимеров. [16] Авторы показали, что уровни внешней квантовой эффективности (EQE) и эффективности преобразования энергии (PCE) достигают максимума при определенных временах отжига, тогда как подвижность электронов и дырок не демонстрирует соответствующих тенденций. [16] Таким образом, хотя увеличение времени отжига может увеличить фототоки внутри OPV, существует практический предел, после которого польза может быть незначительной. [16] Помимо функциональных свойств, pc-AFM также можно использовать для исследования неоднородности состава OPV в сочетании с рамановской или инфракрасной (ИК) спектроскопией, и это особенно ценно для изучения их деградации. [64]

    В более поздних исследованиях pc-AFM использовался для сбора информации о фотоактивных областях с помощью квантовых точек . [65] Потому что благодаря относительной простоте использования, а также свойствам возбуждения, настраиваемым по размеру, квантовые точки обычно применяются в качестве сенсибилизаторов в оптоэлектронных устройствах. [65] Авторы изучили фотоотклик подповерхностных оснований, таких как захороненные квантовые точки арсенида индия (InAs), с помощью pc-AFM. [65] Благодаря использованию pc-AFM информация о размере квантовых точек, а также о дисперсии квантовых точек внутри устройства может быть записана неразрушающим способом. [65] Эту информацию затем можно использовать для отображения локальных отклонений фотоактивности, связанных с неоднородностями морфологии пленки. [65]

    Выборка

    [ редактировать ]

    Подготовка проб ОПВ имеет первостепенное значение при проведении исследований ПК-АСМ. Рекомендуется, чтобы подложка для отбора проб была проводящей, а также прозрачной для источника света, который облучается на нее. [66] использовалось стекло с покрытием ITO В многочисленных исследованиях в качестве проводящей подложки . Однако из-за высокой стоимости ITO предпринимались попытки использовать другие полупроводниковые слои, такие как оксид цинка (ZnO) и углеродные нанотрубки, в качестве альтернативы ITO. [21] [55] Хотя эти полупроводники относительно недороги, высококачественные слои ITO до сих пор широко используются в фотоэлектрических приложениях. Поли(3,4-этилендиокситиофен)поли(стиролсульфонат), более известный как PEDOT:PSS , представляет собой прозрачный полимерный проводящий слой, который обычно размещается между ITO и активным слоем OPV. PEDOT:PSS представляет собой проводящий полимер, устойчивый к различным приложенным зарядам. [67] В большинстве исследований PEDOT:PSS наносится методом центрифугирования на стеклянные подложки, покрытые ITO, непосредственно после плазменной очистки ITO. [66] Было показано, что плазменная очистка, а также травление галоидной кислотой улучшают однородность поверхности и проводимость подложки. [12] Этот слой PEDOT:PSS затем отжигается с ITO перед нанесением слоя OPV на подложку методом центрифугирования. Исследования Pingree et al. показали прямую корреляцию между временем отжига и генерацией пикового и среднего фототока. [16] После того как пленка OPV наносится методом центрифугирования на подложку, ее затем отжигают при температуре от 70 до 170 °C в течение периода до часа в зависимости от процедуры, а также от используемого OPV. [13] [14] [15] [16] [18] [20] [66] [67]

    Отклонение лазерного пятна на фотодиоде, вызванное изменением топографии образца.

    Пример изготовления ОПВ

    [ редактировать ]

    Недавно разработанная система OPV на основе тетрабензопорфриина (BP) и метилового эфира [6,6]-фенил-C 61 -масляной кислоты (PCBM) подробно объясняется следующим образом. [67] В этом исследовании раствор предшественника БП (1,4:8,11:15,18:22,25-тетраэтано-29H,31H-тетрабензо[b,g,l,q]порфирина (CP) применяется в качестве исходную пленку и подвергли термическому отжигу, в результате чего CP превратился в BP. [67] Слой BP:фуллерен служит нелегированным слоем внутри устройства. Для поверхностных измерений нелегированный слой промывают несколькими каплями хлороформа и сушат центрифугированием до тех пор, пока сеть BP не обнажится на границе раздела донор/акцептор. [67] Для определения характеристик объемного гетероперехода на нелегированный слой наносится дополнительный раствор фуллерена, затем наносится тонкий слой фторида лития, а затем алюминиевый или золотой катод, который термически отжигается на устройстве. [13] [15] [20] [67] Наносится тонкий слой фторида лития, чтобы предотвратить окисление устройства. [68] Контроль толщины этих слоев играет важную роль в повышении эффективности фотоэлектрических ячеек. Обычно толщина активных слоев обычно меньше 100 нм для создания фототоков. Такая зависимость от толщины слоя обусловлена ​​вероятностью того, что электрон способен преодолевать расстояния порядка диффузионной длины экситона в приложенном электрическом поле. Многие из органических полупроводников, используемых в фотоэлектрических устройствах, чувствительны к воде и кислороду. [12] Это связано с вероятностью фотоокисления, которое может произойти при воздействии этих условий. [12] Хотя верхний металлический контакт может частично предотвратить это, многие исследования проводятся либо в инертной атмосфере, такой как азот, либо в сверхвысоком вакууме (СВВ). [12]

    Химическая структура тетрабензопорфриина (БП)
    Химическая структура (1,4:8,11:15,18:22,25-тетраэтано-29H,31H-тетрабензо[b,g,l,q]порфирина (CP).
    Химическая структура метилового эфира фенил-C61-масляной кислоты (PCBM)

    После завершения подготовки образца образец помещается на этап сканирования модуля pc-AFM. Этот этап сканирования используется для пьезоперемещения по оси xy, совершенно независимо от направления z при использовании z-пьезосканера. Пьезоэлектрический материал в этом сканере преобразует изменение приложенного потенциала в механическое движение, которое перемещает образцы с нанометровым разрешением и точностью. Существует два варианта работы z-пьезосканера; один из них — контактный режим, а другой — режим постукивания.

    Многие коммерческие консольные насадки АСМ имеют заранее измеренные резонансные частоты и силовые константы, которые предоставляются заказчику. По мере отбора проб положение кончика кантилевера меняется, что приводит к отклонению длины волны сканирующего лазера (650 нм) от исходного положения на детекторе. [32] [66] Затем Z-пьезосканер распознает это отклонение и перемещается вертикально, возвращая лазерное пятно в заданное положение. [32] Это вертикальное движение z-пьезосканера коррелирует с изменением напряжения. [32] Отбор проб в контактном режиме основан на межмолекулярных силах между наконечником и поверхностью, которые выражаются силой Ван-дер-Ваальса . Когда начинается отбор проб, наконечник приближается к образцу, что создает между ними слабую силу притяжения. Другая сила, которая часто присутствует в контактном режиме, — это капиллярная сила, возникающая вследствие гидратации на поверхности образца. Эта сила возникает из-за способности воды контактировать с наконечником, создавая тем самым нежелательную силу притяжения. Капиллярная сила , наряду с несколькими другими источниками загрязнения наконечника, является ключевым фактором снижения разрешения, наблюдаемого при отборе проб.

    Снижение разрешения из-за закругления кончика АСМ.

    Существуют соображения, которые необходимо учитывать при определении того, какой режим является оптимальным для отбора проб для данного применения. Показано, что отбор проб в контактном режиме с очень мягких образцов может повредить образец и сделать его непригодным для дальнейших исследований. [20] Отбор проб в бесконтактном режиме менее разрушительен для образца, но наконечник с большей вероятностью выйдет из контакта с поверхностью и, следовательно, может не записать данные. [32] Также наблюдается дрейф иглы из-за пьезогистерезиса, который вызывает смещение из-за молекулярного трения и эффектов поляризации из-за приложенного электрического поля.Важно отметить корреляцию между разрешением и кривизной радиуса иглы. Ранние наконечники СТМ, используемые Биннингом и Рорером, были довольно большими, от нескольких сотен нм до 1 мкм в радиусе. [35] В более поздних работах радиус кривизны кончика упоминался как 10–40 нм. [15] [16] [18] [66] За счет уменьшения радиуса кривизны наконечника это позволяет лучше обнаруживать отклонения в морфологии поверхности OPV. Наконечники часто требуют замены из-за их закругления, что приводит к снижению разрешения. [32] Закругление наконечника происходит из-за потери крайних атомов, присутствующих на вершине наконечника, что может быть результатом приложения чрезмерной силы или особенностей образца. [32]

    Из-за чрезвычайно малого радиуса наконечника АСМ источник освещения может быть сфокусирован более плотно, что повышает его эффективность. Типичные устройства для pc-AFM содержат маломощный лазер с длиной волны 532 нм (2–5 мВт), луч которого отражается от зеркал, расположенных под столиком сканирования. [12] [13] [14] [15] [16] [18] [20] Благодаря использованию устройства с зарядовой связью (ПЗС) наконечник можно легко расположить непосредственно над лазерным пятном. [66] Ксеноновые дуговые лампы также широко использовались в качестве источников освещения, но в недавних работах они нетипичны. [17] В исследовании Коффи и др. Лазеры двух разных длин волн (532 нм и 405 нм) облучаются на одну и ту же область образца. [18] В этой работе они показали изображения с одинаковым контрастом, что доказывает, что изменения фототока в меньшей степени связаны с пространственными изменениями поглощения. [18]

    Различные источники освещения показывают почти идентичные карты фототока. [18]

    Большинство процедур отбора проб часто начинаются с получения темновых изображений образца. Темновой ток называется генерацией фототока, создаваемого ОПВ в отсутствие источника освещения. Кантилевер и наконечник просто растрируются по образцу, в то время как получаются топографические и текущие измерения. Эти данные затем можно использовать в качестве справочной информации для определения влияния процесса освещения на OPV. Измерения короткого замыкания также обычно выполняются на устройствах OPV. Это заключается в включении источника освещения при открытом токе (то есть приложенный к образцу потенциал равен нулю). Нгуен и его коллеги отметили, что положительное значение фототока коррелирует с проводимостью дырок, а отрицательное значение — с проводимостью электронов. [67] Уже одно это позволило авторам делать прогнозы относительно морфологии внутри клетки. Плотность тока для прямого и обратного смещения можно рассчитать следующим образом: [17]

    Уравнение плотности тока:

    где J — плотность тока, ε o — диэлектрическая проницаемость вакуума, ε r — относительная проницаемость среды, µ — подвижность среды, V — приложенное смещение и L — толщина пленки в нанометрах. [67] Большинство органических материалов имеют значения относительной проницаемости ~3 в аморфном и кристаллическом состояниях. [47] [69] [68]

    Неотожженная пленка: (а) график вольт-амперного напряжения под действием лазера 632 нм с платиновым наконечником АСМ, (б) ПК-АСМ при изображении короткого замыкания и (в) темные графики вольт-амперного напряжения. Отожженная пленка: (d) освещенные вольт-амперные характеристики, (e) изображение короткого замыкания pc-AFM и (f) темные графики вольт-амперных характеристик. [14]
    а) Наложенная карта фототока и трехмерная топография пленки, полученная с проводящего наконечника АСМ (с алмазным покрытием) в условиях короткого замыкания. (b) Уменьшенная область сканирования, на которой изображены локальные измерения тока-напряжения (c). [15]

    В большинстве исследований обычно применяемый диапазон смещения обычно ограничивается диапазоном от –5 В до +5 В. [7] [13] [14] [15] [16] [18] [20] [55] прямое или обратное смещение Этого можно добиться, приложив к образцу через пятнистый золотой контакт. Регулируя это смещение вместе с током, проходящим через кантилевер, можно регулировать силы отталкивания/притяжения между образцом и иглой. Когда применяется обратное смещение (наконечник отрицательен по отношению к образцу), между наконечником и образцом возникают силы притяжения. [16] Это измерение плотности тока затем объединяется с топографической информацией, ранее полученной с зонда и кантилевера АСМ. Полученное изображение отображает локальные изменения морфологии с наложенными на них измерениями плотности тока.

    Для снижения механических и акустических вибраций внутри системы было использовано несколько методов. Механические вибрации в основном возникают при входе в здание и выходе из него. Другие источники механических вибраций часто наблюдаются на верхних этажах зданий из-за снижения демпфирования от опор здания. Этот источник вибрационного шума легко контролировать с помощью виброизоляционного стола. Акустические вибрации встречаются гораздо чаще, чем механические. Этот тип вибрации является результатом движения воздуха рядом с инструментом, например, вентиляторов или человеческих голосов. Было разработано несколько методов, помогающих уменьшить этот источник вибрации. Простое решение этой проблемы — отделение электронных компонентов от сцены. Причиной такого разделения компонентов являются охлаждающие вентиляторы внутри электрических устройств. Во время работы вентиляторы создают постоянный источник вибрационного шума внутри системы. В большинстве случаев все же необходимо использовать другие методы, чтобы уменьшить этот источник шума. Например, прибор можно поместить в герметичный ящик, изготовленный из звукопоглощающего материала. Меньшие по размеру ступени также приводят к уменьшению площади поверхности, с которой могут столкнуться акустические вибрации, что снижает записываемый шум. Более глубокое решение состоит в удалении всех острых краев инструмента. Эти острые края могут возбуждать резонансы внутри пьезоэлектрических материалов, которые увеличивают акустический шум внутри системы. [58]

    См. также

    [ редактировать ]

    Ссылки

    [ редактировать ]
    1. ^ Перейти обратно: а б Тан, CW (1986). «Двухслойный органический фотоэлектрический элемент». Прил. Физ. Летт . 48 (2): 183. Бибкод : 1986ApPhL..48..183T . дои : 10.1063/1.96937 .
    2. ^ Перейти обратно: а б с д и Х. Спанггаард; ФК Кребс (2004). «Краткая история развития органических и полимерных фотоэлектрических элементов». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 83 (2–3): 125. doi : 10.1016/j.solmat.2004.02.021 .
    3. ^ А.Э. Беккерель (1839). «Исследование воздействия химического излучения солнечного света с помощью электрического тока». ЧР акад. Наука . 9 : 145. А.Э. Беккерель (1839). «Об эффекте электродов под воздействием солнечной радиации». ЧР акад. Наука . 9 : 561.
    4. ^ Перейти обратно: а б А. Почеттино (1906). «Фотоэлектрическое поведение антрацена». акад. Линсей Ренд . 15 :355.
    5. ^ М. Фольмер (1913). «Различные фотоэлектрические явления на антрацене, их связь друг с другом, с флуоресценцией и образованием диантрацена» . Анналы физики . 40 (4): 755. Бибкод : 1913АнП...345..775В . дои : 10.1002/andp.19133450411 .
    6. ^ А. М. Мэтисон; Дж. М. Робертсон; В.К. Синклер (1950). «Кристаллическая и молекулярная структура антрацена. I. Рентгеновские измерения» . Акта Кристаллогр . 3 (4): 245. Бибкод : 1950AcCry...3..245M . дои : 10.1107/S0365110X50000641 . В.К. Синклер; Дж. М. Робертсон; А. М. Мэтисон (1950). «Кристаллическая и молекулярная структура антрацена. II. Исследование структуры методом тройных рядов Фурье» . Акта Кристаллогр . 3 (4): 251. Бибкод : 1950AcCry...3..251S . дои : 10.1107/S0365110X50000653 .
    7. ^ Перейти обратно: а б Дж. Дж. Слоан (1966). «Исследования по очистке антрацена; определение и использование коэффициентов сегрегации». Мол. Крист . 1 (1): 161. Бибкод : 1966MolCr...1..161S . дои : 10.1080/15421406608083267 . Дж. Дж. Слоан (1967). «Кинетика кристаллизации антрацена из паров». Мол. Крист . 1 (4): 323. Бибкод : 1967MolCr...2..323S . дои : 10.1080/15421406708083424 . Дж. Дж. Слоан; Дж. М. Томас; Джо Уильямс (1975). «Базальные дислокации в монокристаллах антрацена». Мол. Крист. Лик. Крист . 30 (1–2): 167. Бибкод : 1975MCLC...30..167S . дои : 10.1080/15421407508082852 .
    8. ^ Р. Х. Бубе (1960). Фотопроводимость твердых тел . Нью-Йорк: Уайли.
    9. ^ С. Анто (2002). «Органические фотоэлектрические элементы: обзор». ПЗУ. Представитель физ . 53 : 427.
    10. ^ Г. Чемберлен (1983). «Органические солнечные элементы: обзор». Сол. Клетки . 8 : 47. doi : 10.1016/0379-6787(83)90039-X .
    11. ^ Л. Лэрд (2010). «Рост в солнечной энергии означает рост в Огайо» . Energy.gov. Архивировано из оригинала 9 октября 2010 года.
    12. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в ЛСК Пингри; О.Г. Рид; Д.С. Джинджер (2010). «Электрическая сканирующая зондовая микроскопия на активных органических электронных устройствах». Адв. Мэтр . 21 (1): 19. doi : 10.1002/adma.200801466 . S2CID   138146880 .
    13. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Х. Синь; О.Г. Рид; Г. Рен; Ф.С. Ким; Д.С. Джинджер; С.А. Дженехе (2010). «Солнечные элементы с объемным гетеропереходом из полимерной нанопроволоки и фуллерена: как наноструктура определяет фотоэлектрические свойства». АСУ Нано . 4 (4): 1861–1872. дои : 10.1021/nn9014906 . ПМИД   20222697 .
    14. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Т.А. Булл; ЛСК Пингри; С.А. Дженехе; Д.С. Джинджер; СК Ласкомб (2010). «Роль мезоскопических кристаллитов PCBM в сополимерных солнечных элементах, отожженных в парах растворителей». АСУ Нано . 3 (3): 627–636. дои : 10.1021/nn800878c . ПМИД   19228011 .
    15. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Б.Х. Хамадани; С. Юнг; премьер-министр Хейни; Ж. Дж. Рихтер; Н. Б. Житенев (2010). «Происхождение наномасштабных изменений фотоотклика органического солнечного элемента». Нано Летт . 10 (5): 1611–7. Бибкод : 2010NanoL..10.1611H . дои : 10.1021/nl9040516 . ПМИД   20411971 .
    16. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н ЛСК Пингри; О.Г. Рид; Д.С. Джинджер (2010). «Изображение эволюции наномасштабных сетей сбора и транспортировки фототока во время отжига политиофеновых / фуллереновых солнечных элементов». Нано Летт . 9 (8): 2946–52. Бибкод : 2009NanoL...9.2946P . дои : 10.1021/nl901358v . ПМИД   19588929 .
    17. ^ Перейти обратно: а б с д М. Гид; XD Чёрт возьми; ТК Нгуен (2011). «Наномасштабная характеристика солнечных элементов на основе тетрабензопорфирина и фуллерена с помощью фотопроводящей атомно-силовой микроскопии». Адв. Мэтр . 23 (20): 2313–2319. Бибкод : 2011АдМ....23.2313Г . дои : 10.1002/adma.201003644 . ПМИД   21462370 . S2CID   36248286 .
    18. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с округ Колумбия Коффи; О.Г. Рид; Д.Б. Родовский; Г.П. Варфоломей; Д.С. Джинджер (2007). «Картирование локальных фототоков в полимерных/фуллереновых солнечных элементах с помощью фотопроводящей атомно-силовой микроскопии». Нано Летт . 7 (3): 738–44. Бибкод : 2007NanoL...7..738C . дои : 10.1021/nl062989e . ПМИД   17295549 .
    19. ^ А. Шарма; Г. Андерссон; Д.А. Льюис. (2011). «Роль влажности на миграцию индия и олова в органических фотоэлектрических устройствах». Физ. хим. хим. Физ . 13 (10): 4381–7. Бибкод : 2011PCCP...13.4381S . дои : 10.1039/C0CP02203A . ПМИД   21258707 .
    20. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Шахин, ЮВ; Джинли, Д.С.; Джаббур, GE (2005). «Фотоэлектрическая энергия на органической основе: на пути к дешевому производству электроэнергии» (PDF) . Миссис Булл . 30 (1): 10. дои : 10.1557/mrs2005.2 .
    21. ^ Перейти обратно: а б Хоппе, Х.; Саричифтчи, Н.С. (2004). «Органические солнечные элементы: обзор» (PDF) . Дж. Матер. Рез . 19 (7): 1924. Бибкод : 2004JMatR..19.1924H . дои : 10.1557/JMR.2004.0252 . S2CID   22455511 .
    22. ^ Хоппе, Х.; Саричифтчи, Н.С. (2006). «Морфология полимерно-фуллереновых объемных солнечных элементов с гетеропереходом». Журнал химии материалов . 16 (1): 45. дои : 10.1039/B510618B .
    23. ^ Корнил, Д. Бельонн, Дж. П. Калберт, Дж. Л. Бредас (2001). «Межцепные взаимодействия в органических π-сопряженных материалах: влияние на электронную структуру, оптический отклик и перенос заряда». Адв. Мэтр . 13 (14): 1053. doi : 10.1002/1521-4095(200107)13:14<1053::AID-ADMA1053>3.0.CO;2-7 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    24. ^ Э. Мунс (2002). «Смеси сопряженных полимеров: связь морфологии пленки с характеристиками светоизлучающих диодов и фотодиодов». Дж. Физ. Конденсируется. Иметь значение . 14 (47): 12235. Бибкод : 2002JPCM...1412235M . дои : 10.1088/0953-8984/14/47/301 . S2CID   250773358 .
    25. ^ Перейти обратно: а б с А.С. Майер; СР Скалли; Б.Е. Хардин; М.В. Роуэлл; Доктор медицины МакГи (2007). «Солнечные элементы на основе полимеров» . Матер. Сегодня . 10 (11): 28. дои : 10.1016/S1369-7021(07)70276-6 .
    26. ^ Жакит, Майкл; Мюллер, Эрик М.; Марон, Джон А. (2007). «Электросиловая микроскопия с временным разрешением захвата заряда в поликристаллическом пентацене». Дж. Физ. хим. Б. ​ 111 (27): 7711–4. дои : 10.1021/jp073626l . ПМИД   17583945 .
    27. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Кемеринк, М.; Тимпанаро, С.; Де Кок, ММ; Мёленкамп, Э.А.; Тауслагер, Ф.Дж. (2004). «Трехмерные неоднородности в пленках PEDOT:PSS». Дж. Физ. хим. Б. ​ 108 (49): 18820. doi : 10.1021/jp0464674 .
    28. ^ А.М. Нардес, М. Кемеринк, Р.Я. Янссен, ДЖ.А.М. Бастиансен, Н.М.М. Кигген, БМВ Лангевелд, A.J.M. ван Бримен, М.М. де Кок (2007). «Микроскопическое понимание анизотропной проводимости тонких пленок PEDOT:PSS» . Адв. Мэтр . 19 (9): 1196. Бибкод : 2007АдМ....19.1196Н . дои : 10.1002/adma.200602575 . S2CID   136916550 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    29. ^ К. Ионеску-Дзанетти; А. Мехлер; С.А. Картер; Р. Лал (2004). «Полупроводящие полимерные смеси: корреляция структуры с транспортными свойствами на наноуровне». Адв. Мэтр . 16 (5): 385. Бибкод : 2004АдМ....16..385И . дои : 10.1002/adma.200305747 . S2CID   135984512 .
    30. ^ ЛСК Пингри; Б. А. Маклауд; Д.С. Джинджер (2008). «Изменяющееся лицо пленок PEDOT: PSS: влияние подложки, смещения и обработки на вертикальный перенос заряда». Дж. Физ. хим. С. ​ 112 (21): 7922. doi : 10.1021/jp711838h .
    31. ^ Х.-Н. Лин; Х.-Л. Лин; SS. Ван; Л.-С. Ю; Г.-Ю. Пернг; С.-А. Чен; С.-Х. Чен (2002). «Наномасштабный транспорт заряда в электролюминесцентном полимере, исследованный с помощью атомно-силовой микроскопии». Прил. Физ. Летт . 81 (14): 2572. Бибкод : 2002ApPhL..81.2572L . дои : 10.1063/1.1509464 .
    32. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Х. Дж. Ли; СМ Парк (2004). «Электрохимия проводящих полимеров. 30. Наномасштабные измерения распределения легирования и вольт-амперных характеристик электрохимически осажденных полипиррольных пленок». Дж. Физ. хим. Б. ​ 108 (5): 1590. doi : 10.1021/jp035766a .
    33. ^ К.Д. О'Нил; Б. Шоу; О.А. Семенихин (2007). «О происхождении мезоскопической неоднородности проводящих полимеров». Дж. Физ. хим. Б. ​ 111 (31): 9253–69. дои : 10.1021/jp071564t . ПМИД   17637051 .
    34. ^ Р. Гиридхарагопал; Г. Шао; К. Гроувс; Д.С. Джинджер. (2010). Новые методы сканирующего зонда для анализа органических фотоэлектрических материалов и устройств (отчет). Атомно-силовые микроскопы для исследования убежища. Архивировано из оригинала 17 мая 2011 года.
    35. ^ Перейти обратно: а б с Биннинг, Х. Рорер, Ч. Гербер, Э. Вейбель (1982). «Исследование поверхности методами сканирующей туннельной микроскопии» . Физ. Преподобный Летт . 49 (1): 57–60. Бибкод : 1982PhRvL..49...57B . дои : 10.1103/PhysRevLett.49.57 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    36. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н Скуг, Д.А.; и др. (2007). Принцип инструментального анализа (6-е изд.). стр. 616–618.
    37. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н «Глава 1: Сканирующая зондовая микроскопия». Руководство по эксплуатации прибора Explorer .
    38. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Аткинс П., Де Паула Дж. (2010). Физическая химия Аткинса (8-е изд.). ОУП Оксфорд. ISBN  978-0-19-954337-3 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    39. ^ Брюггер, Дж. «1». Нанотехнологии для инженеров . п. 28.
    40. ^ Перейти обратно: а б Бинниг, Г.; Quate, CF; Гербер, К. (1986). «Атомно-силовой микроскоп» . Физ. Преподобный Летт . 56 (9): 930–933. Бибкод : 1986PhRvL..56..930B . doi : 10.1103/PhysRevLett.56.930 . ПМИД   10033323 .
    41. ^ Перейти обратно: а б с д Аткинс П., ДеПаула Дж. (2009). Элементы физической химии (5-е изд.). Макмиллан. ISBN  978-1-4292-1813-9 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    42. ^ Перейти обратно: а б с д и Ольбрих, А.; и др. (1998). «Проведение атомно-силовой микроскопии для определения наноразмерных электрических характеристик тонкого SiO [sub 2]». Прил. Физ. Летт . 73 (21): 3114–3116. Бибкод : 1998ApPhL..73.3114O . дои : 10.1063/1.122690 .
    43. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Сяоцзюнь, Т.; и др. (2005). «Система количественного анализа ошибок сканирования образцов АСМ» . Ультрамикроскопия . 105 (1–4): 336–342. дои : 10.1016/j.ultramic.2005.06.046 .
    44. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Данг, XD, Нгуен, TQ «Фотопроводящая АСМ органических солнечных элементов» . Атомно-силовые микроскопы для исследования убежища. 2010 . {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    45. ^ Перейти обратно: а б с Сакагути, Х.; и др. (1999). «Фотоэлектрические свойства органических тонких пленок в нанометровом масштабе, исследованные с помощью фотопроводящего атомно-силового микроскопа». Япония. Дж. Прил. Физ . 38 (6Б): 3908–3911. Бибкод : 1999JaJAP..38.3908S . дои : 10.1143/JJAP.38.3908 . S2CID   119459990 .
    46. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Гроувс, К.; и др. (2010). «Неоднородность полимерных солнечных элементов: локальная морфология и характеристики органических фотоэлектрических элементов, изученные с помощью сканирующей зондовой микроскопии». Отчеты о химических исследованиях . 43 (5): 612–620. дои : 10.1021/ar900231q . ПМИД   20143815 .
    47. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Данте М., Пит Дж., Нгуен Т.К. (2008). «Наномасштабный перенос заряда и внутренняя структура объемных гетеропереходных солнечных элементов из сопряженного полимера / фуллерена с помощью сканирующей зондовой микроскопии». Дж. Физ. хим. С. ​ 112 (18): 7241–7249. дои : 10.1021/jp712086q . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    48. ^ Перейти обратно: а б с д и Гейссе, Н. АСМ и комбинированные оптические методы. Примечание по заявке 12. Исследование вопросов убежища
    49. ^ Перейти обратно: а б с д и Парк Системс Инк. (2008). «Развитие атомно-силовой микроскопии с устранением перекрестных помех (XE)» . Архивировано из оригинала 22 октября 2010 года.
    50. ^ Сан, К.; и др. (2006). «Неинвазивное определение чувствительности оптического рычага в атомно-силовой микроскопии» . Преподобный учёный. Инструмент . 77 (1): 013701–013701–5. Бибкод : 2006RScI...77a3701H . дои : 10.1063/1.2162455 .
    51. ^ Перейти обратно: а б с Materials Evaluation and Engineering Inc. Справочник по аналитическим методам материалов. (2009)
    52. ^ Перейти обратно: а б О'Ши, SJ; и др. (1995). «Характеристика насадок для проведения атомно-силовой микроскопии». Преподобный учёный. Инструмент . 66 (3): 2508–2512. Бибкод : 1995RScI...66.2508O . дои : 10.1063/1.1145649 .
    53. ^ Перейти обратно: а б с Танака, И.; и др. (1999). «Визуализация и исследование электронных свойств самоорганизующихся квантовых точек InAs с помощью атомно-силовой микроскопии с проводящим наконечником». Прил. Физ. Летт . 74 (6): 844–846. Бибкод : 1999АпФЛ..74..844Т . дои : 10.1063/1.123402 .
    54. ^ Уолд, диджей; и др. (2000). «Формирование туннельных переходов металл-молекула-металл: микроконтакты с монослоями алкантиола с проводящим наконечником АСМ». Дж. Ам. хим. Соц . 122 (12): 2970–2971. дои : 10.1021/ja994468h .
    55. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Ли, Дж.; и др. (2008). «Создание модуля pcAFM для измерения фотопроводимости с наномасштабным пространственным разрешением». Ультрамикроскопия . 108 (10): 1090–1093. дои : 10.1016/j.ultramic.2008.04.077 . ПМИД   18562107 .
    56. ^ Мадл, М.; Брезна, В.; Кланг, П.; Эндрюс, AM; Штрассер, Г.; Смолинер, Дж. (2010). «Фототоковая визуализация высокого разрешения методом атомно-силовой микроскопии на примере одиночных скрытых квантовых точек InAs». Полупроводниковая наука и технология . 25 (6): 065010. Бибкод : 2010SeScT..25f5010M . дои : 10.1088/0268-1242/25/6/065010 . ISSN   0268-1242 . S2CID   95804750 .
    57. ^ Перейти обратно: а б Вестенхофф, С.; Ховард, Ян А.; Ходжкисс, Джастин М.; Киров Кирил Р.; Бронштейн, Хьюго А.; Уильямс, Шарлотта К.; Гринхэм, Нил К.; Друг, Ричард Х.; и др. (2008). «Рекомбинация заряда в органических фотоэлектрических устройствах с высоким напряжением холостого хода». Дж. Ам. хим. Соц . 130 (41): 13653–8. дои : 10.1021/ja803054g . ПМИД   18798623 .
    58. ^ Перейти обратно: а б Х.-Д. Данг; АБ Тамайо; Дж. Со; резюме Ховен; Б. Уокер; Т.-К. Нгуен (2010). «Наноструктура и оптоэлектронные характеристики малых молекулярных объемных солнечных элементов с гетеропереходом с помощью фотопроводящей атомно-силовой микроскопии». Адв. Функц. Мэтр . 20 (19): 3314. doi : 10.1002/adfm.201000799 . S2CID   247665858 .
    59. ^ М. Данте; А. Гарсия; Т.-К. Нгуен (2010). «Трехмерная наномасштабная организация высокоэффективных солнечных элементов из сопряженных полимеров с низкой запрещенной зоной». Дж. Физ. хим. С. ​ 113 (4): 1596. doi : 10.1021/jp809650p .
    60. ^ резюме Ховен; Х.-Д. Данг; РЦ Гроб; Дж. Пит; Т.-К. Нгуен; ГК Базан (2010). «Улучшение характеристик полимерных солнечных элементов с объемным гетеропереходом за счет уменьшения фазового разделения с помощью добавок в растворителях». Адв. Мэтр . 22 (8): Е63–6. Бибкод : 2010AdM....22E..63H . дои : 10.1002/adma.200903677 . ПМИД   20217801 . S2CID   205235443 .
    61. ^ Х.-Д. Данг; А. Михайловский; Т.-К. Нгуен (2010). «Измерение наноразмерной внешней квантовой эффективности солнечных элементов сопряженного полимера: фуллерена методом фотопроводящей атомно-силовой микроскопии» . Прил. Физ. Летт . 97 (11): 113303. Бибкод : 2010ApPhL..97k3303D . дои : 10.1063/1.3483613 .
    62. ^ О.Г. Рид; К Мунечика; Д.С. Джинджер (2008). «Измерения тока, ограниченного пространственным зарядом, на пленках сопряженных полимеров с использованием кондуктивной атомно-силовой микроскопии». Нано Летт . 8 (6): 1602–9. Бибкод : 2008NanoL...8.1602R . дои : 10.1021/nl080155l . ПМИД   18447400 .
    63. ^ О. Дуэре; Л. Луцен; А. Суиннен; М. Брезельге; К. Вандевал; Л. Горис; Дж. Манка (2006). «Наномасштабные электрические характеристики органических фотоэлектрических смесей с помощью кондуктивной атомно-силовой микроскопии». Прил. Физ. Летт . 89 (3): 032107. Бибкод : 2006ApPhL..89c2107D . дои : 10.1063/1.2227846 .
    64. ^ Ли, Цзянъюй; Хуан, Боюань; Исфахани, Эхсан Наср; Вэй, Линлин; Яо, Цзяньцзюнь; Чжао, Цзиньцзинь; Чен, Вэй (2017). «Прикоснуться значит поверить: исследование галогенид-перовскитных солнечных элементов на наноуровне с помощью сканирующей зондовой микроскопии». npj Квантовые материалы . 2 (1): 56. arXiv : 1706.02397 . Бибкод : 2017npjQM...2...56L . дои : 10.1038/s41535-017-0061-4 . ISSN   2397-4648 . S2CID   53129878 .
    65. ^ Перейти обратно: а б с д и Мадл, М.; Брезна, В.; Штрассер, Г.; Кланг, П.; Эндрюс, AM; Боднарчук М.И.; Коваленко М.В.; Ярема, М.; Хейсс, В. (10 января 2011 г.). «Фототоковая визуализация эпитаксиальных и коллоидных квантовых точек на основе АСМ». Физический статус Solidi C . 8 (2): 426–428. Бибкод : 2011PSSCR...8..426M . дои : 10.1002/pssc.201000599 . ISSN   1862-6351 .
    66. ^ Перейти обратно: а б с д и ж М. Тауб; Б. Мензель; Г. Ханна; Э. Лиллеодден (2003). Учебное пособие по SPM, версия. 2.0 (Отчет). Лаборатория перспективных материалов Стэнфордского университета.
    67. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Д. Дамьянович (2006). И. Майергойз; Дж. Бертотти (ред.). Наука гистерезиса . Том. 3. Эльзевир. ISBN  978-0-12-369431-7 .
    68. ^ Перейти обратно: а б Маклеод, HA (2001). Тонкопленочные оптические фильтры (3-е изд.). Лондон: Институт физики. ISBN  978-1-4200-7302-7 .
    69. ^ Приборы АСМ. Университет AFM, Библиотека образовательных ресурсов по атомно-силовой микроскопии. Веб. 21 апреля 2011 г. < [1] > Архивировано 27 апреля 2009 г. в Wayback Machine .
    Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Photoconductive_atomic_force_microscopy&oldid=1236495195"
    Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
    Arc.Ask3.Ru
    Номер скриншота №: cbaa5750c7407e58c768b08c9d27217d__1721860200
    URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/cb/7d/cbaa5750c7407e58c768b08c9d27217d.html
    Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
    Photoconductive atomic force microscopy - Wikipedia
    Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)