“Khi lắng đọng các phân tử hữu cơ bằng phương pháp lắng đọng chân không, hướng của các phân tử bị thay đổi theo thời gian bằng cách tạm dừng quá trình lắng đọng. Hơn nữa, bằng cách thay đổi các điều kiện lắng đọng, có thể đảo ngược hướng của cả phần đầu và phần cuối của phân tử”, Giáo sư Hisao Ishii, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết.
Những phát hiện này dự kiến sẽ hỗ trợ cải thiện hiệu quả và độ bền của OLED.
Sơ đồ thiết bị được phát triển cho phương pháp lắng đọng chân không. Thành phần chính của đầu dò Kelvin quay có điện cực quay và môi trường xung quanh.
Các thiết bị quang điện tử hữu cơ, chẳng hạn như điốt phát sáng hữu cơ (OLED), sử dụng các phân tử có cấu trúc cụ thể được sắp xếp trên màng mỏng. Ngoài ra, việc sắp xếp các phân tử này trên bất kỳ bề mặt nào là rất quan trọng đối với các quá trình khác nhau xảy ra trong các thiết bị này.
Sự sắp xếp này được hướng dẫn bởi hai yếu tố chính: tốc độ lắng đọng (tốc độ các phân tử được đặt) và nhiệt độ bề mặt. Tốc độ lắng đọng chậm hơn và nhiệt độ cao hơn tạo điều kiện thuận lợi cho việc sắp xếp hợp lý, mang lại cấu trúc ổn định hơn.
Việc tìm ra thang thời gian phù hợp cho quá trình này cũng rất quan trọng và các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách kiểm soát các yếu tố này để sắp xếp phân tử tối ưu trên các bề mặt.
Trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu đã tìm ra một cách đơn giản nhưng khéo léo để kiểm soát hướng của các phân tử lắng đọng trên màng mỏng nhôm và chứa benzen, ký hiệu là Alq.3 và TPBi tương ứng.
Họ đã sử dụng một phương pháp gọi là “lắng đọng không liên tục”, đưa ra các ngắt quãng trong quá trình lắng đọng và phát triển phiên bản cập nhật của một công cụ có tên là “đầu dò Kelvin quay” (RKP). Thiết bị này được sử dụng để đo điện thế bề mặt (điện áp trên bề mặt vật liệu) trong và sau khi lắng đọng theo thời gian thực.
Bằng cách liên tục mở và đóng màn trập lắng đọng trong những khoảng thời gian cụ thể, các nhà nghiên cứu có thể thay đổi độ phân cực (sự phân bố điện tích), ảnh hưởng đến cách các phân tử được định hướng trên màng.
Phương pháp lắng đọng gián đoạn mới tạo ra lớp bề mặt thoải mái và ổn định với sự phân cực có thể kiểm soát. Nghiên cứu cũng tiết lộ sự giãn nở bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến sự định hướng phân tử và sự hình thành thung lũng tiềm năng (có hình chữ “V”). Trên thực tế, phương pháp lắng đọng này cho phép tạo ra một hồ sơ tiềm năng tùy ý cho các hướng phân tử mong muốn trên màng mỏng quan tâm.
Về mặt ứng dụng, kỹ thuật lắng đọng không liên tục này có thể nâng cao hiệu quả và tuổi thọ của vật liệu OLED. Ngoài ra, nó còn có thể được sử dụng cho các phân tử hữu cơ không phân cực, khiến nó trở nên hữu ích cho các thiết bị như tế bào quang điện hữu cơ và bóng bán dẫn.
Ishii cho biết: “Phương pháp này dự kiến sẽ cải thiện hơn nữa hiệu quả và tuổi thọ của OLED. Ngoài OLED, nó còn thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị hữu cơ khác, chẳng hạn như thiết bị bộ nhớ hữu cơ. Do đó, việc thay thế các thiết bị vô cơ thông thường bằng các thiết bị hữu cơ sẽ tạo ra các thiết bị nhẹ và linh hoạt”.