I dispositivi optoelettronici organici, come i diodi organici a emissione di luce (OLED), utilizzano molecole con strutture specifiche disposte su pellicole sottili. Inoltre, la disposizione di queste molecole su qualsiasi superficie è cruciale per i vari processi che avvengono all'interno di questi dispositivi.
Questa disposizione è guidata da due fattori principali:la velocità di deposizione (la velocità con cui vengono posizionate le molecole) e la temperatura superficiale. Tassi di deposizione più lenti e temperature più elevate facilitano la corretta disposizione, risultando in strutture più stabili. Anche trovare la giusta scala temporale per questo processo è fondamentale e i ricercatori stanno ora cercando modi per controllare questi fattori per una disposizione molecolare ottimale sulle superfici.
In uno studio recente, un team giapponese guidato dal Prof. Hisao Ishii della Graduate School of Science and Engineering e dal Center for Frontier Science dell'Università di Chiba, insieme a Masahiro Ohara dell'Università di Chiba e al Dr. Yuya Tanaka della Graduate School of Science and Technology presso l'Università di Gunma, ha introdotto un nuovo metodo di deposizione che consente di ottenere una disposizione molecolare adeguata.
Il loro articolo è pubblicato in ACS Applied Materials and Interfaces . "Quando si depositano molecole organiche mediante deposizione sotto vuoto, l'orientamento delle molecole viene modificato nel tempo mettendo in pausa la deposizione. Inoltre, modificando le condizioni di deposizione, è possibile invertire l'orientamento sia della testa che della coda delle molecole ," spiega il Prof. Ishii.
Nel loro studio, il team ha trovato un modo semplice ma ingegnoso per controllare l'orientamento delle molecole depositate su film sottili contenenti alluminio e benzene, indicati come Alq3 e TPBi, rispettivamente. Hanno utilizzato un metodo chiamato “deposizione intermittente”, che introduce interruzioni durante il processo di deposizione, e hanno sviluppato una versione aggiornata di uno strumento chiamato “sonda rotativa Kelvin” (RKP). Questo è stato utilizzato per misurare il potenziale superficiale (tensione sulla superficie del materiale) durante e dopo la deposizione in tempo reale.
Aprendo e chiudendo ripetutamente l'otturatore di deposizione a intervalli specifici, i ricercatori hanno potuto modificare la polarizzazione (la distribuzione delle cariche), influenzando il modo in cui le molecole erano orientate sulle pellicole.
Il nuovo approccio di deposizione intermittente ha creato uno strato superficiale rilassato e stabile con polarizzazione controllabile. Lo studio ha anche rivelato come il rilassamento superficiale abbia influenzato l'orientamento molecolare e la formazione di una potenziale valle (a forma di "V"). Infatti, questo metodo di deposizione consente la creazione di un profilo potenziale arbitrario per gli orientamenti molecolari desiderati sul film sottile di interesse.
In termini di applicazioni, questa tecnica di deposizione intermittente può migliorare l’efficacia e la durata dei materiali OLED. Inoltre, può essere utilizzato anche per molecole organiche non polari, rendendolo utile per dispositivi come celle fotovoltaiche e transistor organici.
Il Prof. Ishii afferma:"Si prevede che questo metodo migliorerà ulteriormente l'efficienza e la durata degli OLED. Oltre agli OLED, promuove anche lo sviluppo di altri dispositivi organici, come i dispositivi di memoria organici. Pertanto, la sostituzione dei dispositivi inorganici convenzionali con dispositivi organici renderà dispositivi leggeri e flessibili prontamente disponibili."
In sintesi, questo studio esplora i processi di rilassamento che influiscono sull'orientamento delle molecole sulla superficie dei film sottili organici e utilizza la deposizione intermittente per creare efficacemente uno strato superficiale stabile. Inoltre, è stato sviluppato uno strumento RKP per analizzare i cambiamenti nel potenziale superficiale nel tempo. Si prevede che il metodo di deposizione proposto funzioni con varie molecole organiche (non solo quelle polari) e potrebbe aprire la strada al miglioramento dei dispositivi organici esistenti e allo sviluppo di nuovi.
Ulteriori informazioni: Masahiro Ohara et al, Impatto della deposizione intermittente sulla polarizzazione ad orientamento spontaneo di film organici amorfi rivelato dalla sonda Kelvin rotante, Materiali e interfacce applicati ACS (2023). DOI:10.1021/acsami.3c12914
Informazioni sul giornale: Materiali e interfacce applicati a ACS
Fornito dall'Università di Chiba
