Energy Level Alignment and Electron Transport Through Metal/Organic Contacts: From Interfaces to Molecular Electronics

در سال های اخیر، دستگاه های الکترونیکی بیشتری شروع به بهره برداری از مزایای نیمه هادی های آلی کرده اند. کار گزارش شده در این پایان نامه بر تجزیه و تحلیل نظری هم ترازی سطح انرژی رابط های فلزی/آلی مختلف، که برای طراحی دستگاه هایی با عملکرد خوب ضروری است، متمرکز است. روش‌های سنتی مبتنی بر نظریه تابعی چگالی (DFT)، برای تحلیل آنها مناسب نیستند، زیرا شکاف انرژی آلی را دست‌کم می‌گیرند و نیروهای واندروالس را به درستی توصیف نمی‌کنند.

از آنجایی که اندازه این سیستم‌ها استفاده از آنها را ممنوع می‌کند. از روش های دقیق تر، اصلاحات مربوط به معایب DFT مطلوب است. در این کار ترکیبی از یک محاسبه استاندارد DFT با گنجاندن انرژی شارژ (U) مولکول، محاسبه شده از اصول اولیه، ارائه شده است. با توجه به نیروهای پراکندگی، اندرکنش طولانی برد نادرست با پتانسیل واندروالسی جایگزین می شود. با این اصلاحات، رابط‌های C60، بنزن، پنتاسن، TTF و TCNQ/Au(111) هم برای مولکول‌های تک و هم برای یک لایه تجزیه و تحلیل می‌شوند. نتایج، چگالی القایی مدل حالت های رابط را تأیید می کند.

In recent years, ever more electronic devices have started to exploit the advantages of organic semiconductors. The work reported in this thesis focuses on analyzing theoretically the energy level alignment of different metal/organic interfaces, necessary to tailor devices with good performance. Traditional methods based on density functional theory (DFT), are not appropriate for analyzing them because they underestimate the organic energy gap and fail to correctly describe the van der Waals forces.

Since the size of these systems prohibits the use of more accurate methods, corrections to those DFT drawbacks are desirable. In this work a combination of a standard DFT calculation with the inclusion of the charging energy (U) of the molecule, calculated from first principles, is presented. Regarding the dispersion forces, incorrect long range interaction is substituted by a van der Waals potential. With these corrections, the C60, benzene, pentacene, TTF and TCNQ/Au(111) interfaces are analyzed, both for single molecules and for a monolayer. The results validate the induced density of interface states model.