Electronic structures of copper hexadecafluorophthalocyanine (F16CuPc)/graphene with different defect density were studied with ultra-violet photoelectron spectroscopy. We showed that the charge transfer interaction and charge flow direction can be interestingly tuned by controlling the defect density of graphene through time-controlled H2 plasma treatment. By increasing the treatment time of H2 plasma from 30 s to 5 min, both the interface surface dipole and the electron transporting barrier at F16CuPc/graphene interface are significantly reduced from 0.86 to 0.56 eV and 0.71 to 0.29 eV, respectively. These results suggested that graphene's defect control is a simple approach for tuning electronic properties of organic/graphene interfaces.
References
1.
K. S.
Novoselov
, A. K.
Geim
, S. V.
Morozov
, D.
Jiang
, Y.
Zhang
, S. V.
Dubonos
, I. V.
Grigorieva
, and A. A.
Firsov
, Science
306
, 666
(2004
).2.
Z. F.
Liu
, Q.
Liu
, Y.
Huang
, Y. F.
Ma
, S. G.
Yin
, X. Y.
Zhang
, W.
Sun
, and Y. S.
Chen
, Adv. Mater.
20
, 3924
(2008
).3.
J. M.
Yun
, J. S.
Yeo
, J.
Kim
, H. G.
Jeong
, D. Y.
Kim
, Y. J.
Noh
, S. S.
Kim
, B. C.
Ku
, and S. I.
Na
, Adv. Mater.
23
, 4923
(2011
).4.
X.
Huang
, Z. Y.
Zeng
, Z. X.
Fan
, J. Q.
Liu
, and H.
Zhang
, Adv. Mater.
24
, 5979
(2012
).5.
Y.
Zhang
, Y. W.
Tan
, H. L.
Stormer
, and P.
Kim
, Nature
438
, 201
(2005
).6.
C.
Lee
, X. D.
Wei
, J. W.
Kysar
, and J.
Hone
, Science
321
, 385
(2008
).7.
S.
Park
and R. S.
Ruoff
, Nat. Nanotechnol.
4
, 217
(2009
).8.
A. A.
Balandin
, S.
Ghosh
, W. Z.
Bao
, I.
Calizo
, D.
Teweldebrhan
, F.
Miao
, and C. N.
Lau
, Nano Lett.
8
, 902
(2008
).9.
S. T.
Han
, Y.
Zhou
, C. D.
Wang
, L. F.
He
, W. J.
Zhang
, and V. A. L.
Roy
, Adv. Mater.
25
, 872
(2013
).10.
N.
Petrone
, I.
Meric
, J.
Hone
, and K. L.
Shepard
, Nano Lett.
13
, 121
(2013
).11.
C. C.
Tang
, M. Y.
Li
, L. J.
Li
, C. C.
Chi
, and J. C.
Chen
, Appl. Phys. Lett.
101
, 202104
(2012
).12.
S. J.
Park
, O. S.
Kwon
, S. H.
Lee
, H. S.
Song
, T. H.
Park
, and J.
Jang
, Nano Lett.
12
, 5082
(2012
).13.
P.
Lin
, W. C. H.
Choy
, D.
Zhan
, F. X.
Xie
, J. Z.
Xin
, and C. W.
Leung
, Appl. Phys. Lett.
102
, 113303
(2013
).14.
T. X.
Cui
, R. T.
Lv
, Z. H.
Huang
, S. X.
Chen
, Z. X.
Zhang
, X.
Gan
, Y.
Jia
, X. M.
Li
, K. L.
Wang
, D. H.
Wu
, and F. Y.
Kang
, J. Mater. Chem. A
1
, 5736
(2013
).15.
H.
Park
, S.
Chang
, J.
Jean
, J. J.
Cheng
, P. T.
Araujo
, M. S.
Wang
, M. G.
Bawendi
, M. S.
Dresselhaus
, V.
Bulović
, J.
Kong
, and S.
Gradečak
, Nano Lett.
13
, 233
(2013
).16.
Q. D.
Yang
, T. W.
Ng
, M. F.
Lo
, N. B.
Wong
, and C. S.
Lee
, Org. Electron.
13
, 3220
(2012
).17.
Z.
Zhong
, Y.
Dai
, D.
Ma
, and Z.
Wang
, J. Mater. Chem.
21
, 6040
(2011
).18.
D. W.
Lee
, T. K.
Hong
, D.
Kang
, J.
Lee
, M.
Heo
, J. Y.
Kim
, B. S.
Kim
, and H. S.
Shin
, J. Mater. Chem.
21
, 3438
(2011
).19.
J. O.
Hwang
, J. S.
Park
, D. S.
Choi
, J. Y.
Kim
, S. H.
Lee
, K. E.
Lee
, Y. H.
Kim
, M. H.
Song
, S.
Yoo
, and S. O.
Kim
, ACS Nano
6
, 159
(2012
).20.
P.
Matyba
, H.
Yamaguchi
, G.
Eda
, M.
Chhowalla
, L.
Edman
, and N. D.
Robinson
, ACS Nano
4
, 637
(2010
).21.
B. R.
Lee
, J.
Kim
, D.
Kang
, D. W.
Lee
, S. J.
Ko
, H. J.
Lee
, C. L.
Lee
, J. Y.
Kim
, H. S.
Shin
, and M. H.
Song
, ACS Nano
6
, 2984
(2012
).22.
N.
Peltekis
, S.
Kumar
, N.
Mcevoy
, K.
Lee
, A.
Weidlich
, and G. S.
Duesberg
, Carbon
50
, 395
(2012
).23.
E. H.
Hwang
, S.
Adam
, and S. S.
Das
, Phys. Rev. B
76
, 195421
(2007
).24.
S. V.
Morozov
, K. S.
Novoselov
, M. I.
Katsnelson
, F.
Schedin
, L. A.
Ponomarenko
, D.
Jiang
, and A. K.
Geim
, Phys Rev Lett.
97
, 016801
(2006
).25.
Y.
Niimi
, T.
Matsui
, H.
Kambara
, K.
Tagami
, M.
Tsukada
, and H.
Fukuyama
, Phys. Rev. B
73
, 085421
(2006
).26.
C.
Shen
, G. S.
Huang
, Y. C.
Cheng
, R. G.
Cao
, F.
Ding
, U.
Schwingenschlögl
, and Y. F.
Mei
, Nanoscale Res. Lett.
7
, 268
(2012
).27.
J. L.
Qi
, X.
Wang
, W. T.
Zheng
, H. W.
Tian
, C. Q.
Hu
, and Y. S.
Peng
, J. Phys. D: Appl. Phys.
43
, 055302
(2010
).28.
T.
Gokus
, R. R.
Nair
, A.
Bonetti
, M.
Bohmler
, A.
Lombardo
, K. S.
Novoselov
, A. K.
Geim
, A. C.
Ferrari
, and A.
Hartschuh
, ACS Nano
3
, 3963
(2009
).29.
N.
Xiao
, X. C.
Dong
, L.
Song
, D. Y.
Liu
, Y. Y.
Tay
, S. X.
Wu
, L. J.
Li
, Y.
Zhao
, T.
Yu
, H.
Zhang
, W.
Huang
, H. H.
Hng
, P. M.
Ajayan
, and Q. Y.
Yan
, ACS Nano
5
, 2749
(2011
).30.
M. S.
Choi
, S. H.
Lee
, and W. J.
Yoo
, J. Appl. Phys.
110
, 073305
(2011
).31.
Y. B.
Tang
, L. C.
Yin
, Y.
Yang
, X. H.
Bo
, Y. L.
Cao
, H. E.
Wang
, W. J.
Zhang
, I.
Bello
, S. T.
Lee
, H. M.
Cheng
, and C. S.
Lee
, ACS Nano
6
, 1970
(2012
).32.
A.
Nourbakhsh
, M.
Cantoro
, T.
Vosch
, G.
Pourtois
, F.
Clemente
, M. H.
Veen
, J.
Hofkens
, M. M.
Heyns
, S.
De Gendt
, and B. F.
Sels
, Nanotechnology
21
, 435203
(2010
).33.
Y. Y.
Shao
, S.
Zhang
, M. H.
Engelhard
, G. S.
Li
, G. C.
Shao
, Y.
Wang
, J.
Liu
, I. A.
Aksay
, and Y. H.
Lin
, J. Mater. Chem.
20
, 7491
(2010
).34.
Z. H.
Ni
, W.
Chen
, X. F.
Fan
, J. L.
Kuo
, T.
Yu
, A. T. S.
Wee
, and Z. X.
Shen
, Rev. B
77
, 115416
(2008
).35.
A. C.
Ferrari
, J. C.
Meyer
, V.
Scardaci
, C.
Casiraghi
, M.
Lazzeri
, F.
Mauri
, S.
Piscanec
, D.
Jiang
, K. S.
Novoselov
, S.
Roth
, and A. K.
Geim
, Phys. Rev. Lett.
97
, 187401
(2006
).36.
F.
Tuinstra
and J. L.
Koenig
, J. Phys. Chem.
53
, 1126
(1970
).37.
A. C.
Ferrari
and J.
Robertson
, Phys. Rev. B
61
, 14095
(2000
).38.
A. C.
Ferrari
and J.
Robertson
, Phys. Rev. B
64
, 075414
(2001
).39.
S.
Zhong
, J. Q.
Zhong
, H. Y.
Mao
, R.
Wang
, Y.
Wang
, D. C.
Qi
, K. P.
Loh
, A. T. S.
Wee
, Z. K.
Chen
, and W.
Chen
, ACS Appl. Mater. Interfaces
4
, 3134
(2012
).40.
W.
Chen
, S.
Chen
, S.
Chen
, Y. L.
Huang
, H.
Huang
, D. C.
Qi
, X. Y.
Gao
, J.
Ma
, and A. T. S.
Wee
, J. Appl. Phys.
106
, 064910
(2009
).41.
S. H. M.
Jafri
, K.
Carva
, E.
Widenkvist
, T.
Blom
, B.
Sanyal
, J.
Fransson
, O.
Eriksson
, U.
Jansson
, H.
Grennberg
, O.
Karis
, R. A.
Quinlan
, B. C.
Holloway
, and K.
Leifer
, J. Phys. D: Appl. Phys.
43
, 045404
(2010
).42.
A. L.
Shu
, W. E.
McClain
, J.
Schwartz
, and A.
Kahn
, Org. Electron.
15
, 2360
(2014
).43.
J.
Uihlein
, H.
Peisert
, H.
Adler
, M.
Glaser
, M.
Polek
, R.
Ovsyannikov
, and T.
Chasse
, J. Phys. Chem. C
118
, 10106
(2014
).44.
T. W.
Ng
, C. Y.
Lee
, Q. D.
Yang
, H. X.
Wei
, M. F.
Lo
, V. A. L.
Roy
, W. J.
Zhang
, and C. S.
Lee
, Org. Electron.
14
, 2743
(2013
).45.
W.
Luo
, W. H.
Doh
, Y. T.
Law
, F.
Aweke
, A.
Ksiazek-Sobieszek
, A.
Sobieszek
, L.
Salamacha
, K.
Skrzypiec
, F. L.
Normand
, A.
Machochki
, and S.
Zafeiratos
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 1837
(2014
).46.
C. L.
Docherty
, C. T.
Lin
, H. J.
Joyce
, R. L.
Nicholas
, L. M.
Herz
, L. J.
Li
, and M. B.
Johnston
, Nat. Commun.
3
, 1228
(2012
).47.
L. M.
Malard
, M. A.
Pimenta
, G.
Dresselhaus
, and M. S.
Dresselhaus
, Phys. Rep.
473
, 51
(2009
).48.
K. C.
Kwon
, K. S.
Choi
, and S. Y.
Kim
, Adv. Funct. Mater.
22
, 4724
(2012
).49.
J. H.
Kim
, J. H.
Hwang
, J.
Suh
, S.
Tongay
, S.
Kwon
, C. C.
Hwang
, J. Q.
Wu
, and J. Y.
Park
, Appl. Phys. Lett.
103
, 171604
(2013
).50.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4916736 for details about F1s core level XPS spectra, UPS spectra, energy level diagram, and AFM images of F16CuPc deposited on different substrates (Figures S1–S10).
51.
W. D.
Dou
, S. P.
Huang
, R. Q.
Zhang
, and C. S.
Lee
, J. Chem. Phys.
134
, 094705
(2011
).52.
Z. Q.
Luo
, T.
Yu
, K. J.
Kim
, Z. H.
Ni
, Y. M.
You
, S. H.
Lim
, Z. X.
Shen
, S. Z.
Wang
, and J. Y.
Lin
, ACS Nano
3
, 1781
(2009
).53.
B. H.
Kim
, S. J.
Hong
, S. J.
Baek
, H. Y.
Jeong
, N.
Park
, M.
Lee
, S. W.
Lee
, M.
Park
, S. W.
Chu
, H. S.
Shin
, J.
Lim
, J. C.
Lee
, Y.
Jun
, and Y. W.
Park
, Sci. Rep.
2
, 690
(2012
).54.
N. A. H.
Castro
, F.
Guinea
, N. M. R.
Peres
, K. S.
Novoselov
, and A. K.
Geim
, Rev. Mod. Phys.
81
, 109
(2009
).55.
F.
Banhart
, J.
Kotakoski
, and A. V.
Krasheninnikov
, ACS Nano
5
, 26
(2011
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
