Charge transfer from and to manganese phthalocyanine: bulk materials and interfaces

Manganese phthalocyanine (MnPc) is a member of the family of transition-metal phthalocyanines, which combines interesting electronic behavior in the fields of organic and molecular electronics with local magnetic moments. MnPc is characterized by hybrid states between the Mn 3d orbitals and the π orbitals of the ligand very close to the Fermi level. This causes particular physical properties, different from those of the other phthalocyanines, such as a rather small ionization potential, a small band gap and a large electron affinity. These can be exploited to prepare particular compounds and interfaces with appropriate partners, which are characterized by a charge transfer from or to MnPc. We summarize recent spectroscopic and theoretical results that have been achieved in this regard

Charge transfer from and to manganese phthalocyanine: bulk materials and interfaces

Manganese phthalocyanine (MnPc) is a member of the family of transition-metal phthalocyanines, which combines interesting electronic behavior in the fields of organic and molecular electronics with local magnetic moments. MnPc is characterized by hybrid states between the Mn 3d orbitals and the π orbitals of the ligand very close to the Fermi level. This causes particular physical properties, different from those of the other phthalocyanines, such as a rather small ionization potential, a small band gap and a large electron affinity. These can be exploited to prepare particular compounds and interfaces with appropriate partners, which are characterized by a charge transfer from or to MnPc. We summarize recent spectroscopic and theoretical results that have been achieved in this regard

Tailoring the Electronic and Optical Properties of Molecular Thin Films by Reducing and Oxidising Agents

Heutzutage wächst die Nachfrage nach neuartigen Geräten, die teilweise (hybrid) oder völlig aus organischen halbleitenden Materialien hergestellt sind. Der Grund dafür sind die geringen Herstellungskosten sowie die hohe Flexibilität im Moleküldesign und damit einstellbare optische, elektronische und Spintronik-Eigenschaften. Bisher sind mit großem Erfolg organische Leuchtdioden (OLED), organische Solarzellen und gedruckte organische Elektronik-Bauelemente hergestellt worden. Auf Grund ihrer langen Spin-Lebensdauer sind Moleküle auch für Spintronik-Anwendungen sehr geeignet. In dieser Arbeit wurden die elektronischen und optischen Eigenschaften von vier ausgewählten Molekülen analysiert. Davon wurden Kupfer- und Mangan-Phthalocyanin (CuPc und MnPc) für die Untersuchung der Anordnung des Energieniveaus an der Metall-Organischen Halbleitern (M-O) Grenzfläche verwendet. Außerdem werden die andere zwei Moleküle tris(8-hydroxy-quinolinato) Aluminium(III) (Alq3) und N,N’-diphenyl-N,N’-bis(1-naphthyl)-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine (α-NPD) häufig in OLED-Strukturen als Elektron- beziehungsweise Loch-Leiter verwendet. Die Proben sind mittels organischer Molekularstrahl-Abscheidung (OMBD) auf Co (oder Au) Folien beziehungsweise auf einseitig poliertem Si(111) Einkristall hergestellt worden. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Entwicklung der Grenzfläche zwischen CuPc und Co (oder Au) Substrat mittels Valenzband- und Inverser Photoelektronen-spektroskopie (VB-PES und IPES) analysiert und herausgefunden, dass ein „Öffnung“ der Bandlücke mit dem Wachstum der Molekularschicht erfolgt. Ähnliches findet bei die MnPc/Co-Grenzfläche statt. Diese Erkenntnisse sind sehr wichtig für die Entwicklung von zukünftigen leistungsfähigen Spintronik Geräten. Der zweite Teil fokussiert auf die Änderungen der elektronischen Eigenschaften von MnPc und Alq3 während der Oxidation (O2-Aussetzung) beziehungsweise Reduktion (Kalium-Abscheidung). Abgesehen von den VB-PES und IPES Messungen, bieten die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und die Röntgen-Nahkante- Absorptions-Spektroskopie (NEXAFS) wichtige Informationen w. z. B. die Menge von K in der Molekülschicht und den Spin-Zustand im undotierten und im dotierten MnPc. Der dritte Teil beschäftigt sich mit den optischen Eigenschaften von MnPc, Alq3 und α-NPD als Reinmaterialien sowie mit K-dotierten Molekülen, in situ verfolgt mittels spektroskopischer Ellipsometrie (SE). Vom SE-Spektrum wurde der Imaginärteil der dielektrischen Funktion abgeleitet. Während α-NPD fast keine Änderung im Absorptionsspektrum nach der Dotierung zeigt, zeigt Alq3 dagegen ein Wandel zu einer dotierten Phase mit kleine Änderungen im Spektrum. Dabei hat MnPc drei stabile dotierte Phasen mit großen spektralen Änderungen. Außerdem zeigt die Oxidation von MnPc umgekehrt Eigenschaften zur dotierten Phase. Alle diese Messungen sind einzigartig und sehr wichtig für die Entwicklung von OLED und Spintronik Geräten

Charge transfer from and to manganese phthalocyanine: bulk materials and interfaces

Manganese phthalocyanine (MnPc) is a member of the family of transition-metal phthalocyanines, which combines interesting electronic behavior in the fields of organic and molecular electronics with local magnetic moments. MnPc is characterized by hybrid states between the Mn 3d orbitals and the π orbitals of the ligand very close to the Fermi level. This causes particular physical properties, different from those of the other phthalocyanines, such as a rather small ionization potential, a small band gap and a large electron affinity. These can be exploited to prepare particular compounds and interfaces with appropriate partners, which are characterized by a charge transfer from or to MnPc. We summarize recent spectroscopic and theoretical results that have been achieved in this regard

Thermal ALD of Cu via Reduction of CuxO films for the Advanced Metallization in Spintronic and ULSI Interconnect Systems

In this work, an approach for copper atomic layer deposition (ALD) via reduction of CuxO films was investigated regarding applications in ULSI interconnects, like Cu seed layers directly grown on diffusion barriers (e. g. TaN) or possible liner materials (e. g. Ru or Ni) as well as non-ferromagnetic spacer layers between ferromagnetic films in GMR sensor elements, like Ni or Co. The thermal CuxO ALD process is based on the Cu (I) β-diketonate precursor [(nBu3P)2Cu(acac)] and a mixture of water vapor and oxygen ("wet O2") as co-reactant at temperatures between 100 and 130 °C. Highly efficient conversions of the CuxO to metallic Cu films are realized by a vapor phase treatment with formic acid (HCOOH), especially on Ru substrates. Electrochemical deposition (ECD) experiments on Cu ALD seed / Ru liner stacks in typical interconnect patterns are showing nearly perfectly filling behavior. For improving the HCOOH reduction on arbitrary substrates, a catalytic amount of Ru was successful introduced into the CuxO films during the ALD with a precursor mixture of the Cu (I) β-diketonate and an organometallic Ru precursor. Furthermore, molecular and atomic hydrogen were studied as promising alternative reducing agents