有机半导体

三、 有机半导体材料中的电传输

1.在有机半导体材料中，分子与分子之间仅有微弱的范德 华力，载流子的离域程度通常仅限于一个分子之内。只有 在有机半导体的单晶材料中才会出现载流子在几个相邻分 子之间离域的情况。因此，在非晶态的有机半导体材料中， 电荷在不同分子之间的传递要通过“跳跃”的方式完成。 跳跃传输的有效程度与相邻分子之间的 重叠程度有关， 重叠度越高，跳跃传输的速度越快。很显然，跳跃传输远 不如无机半导体中的带传输有效，所以有机半导体材料中 的载流子迁移率通常很低。
图2: 几种常见的小分子有机半导体材料：（1）并五 苯型，（2）三苯基胺类，（3）富勒烯，（4）酞菁， （5）苝衍生物（6）花菁类。
图3: 几种常见的高分子有机半导体材料：（1） 聚乙炔型，（2）聚芳环型，（3）共聚物型。
二、 有机半导体材料中的载流子

我们知道无机半导体材料中的载流子只有电子和空穴 两种，自由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中 传输。相形之下，有机半导体材料中的载流子构成则 要复杂得多。 由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙通常较 大，且电子亲和势较低，大多数有机半导体材料是p 型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。无机半导 体材料中的正电荷（即空穴）是高度离域、可以自由 移动的，而有机半导体材料中的正电荷所代表的则是 有机分子失去一个电子后呈现的氧化状态。因此，在 有机半导体材料中引入一个正电荷，必然导致有机分 子构型的改变。


2. 有机发光二极管，即OLED。OLED 以有机半导体异质 结为基础，通过电子和空穴在异质结处的湮灭而发光。 OLED 可以制成柔性的、大面积的显示器。利用有机发光 材料制造的显示器不仅可以变得既软又薄，还可以随意折 叠、卷曲和放置，给人们的生活带来很大方便，且与当今 时尚的液晶显示器（LCD）相比，它还具有亮度高、节能、 无视角问题、制造成本低等诸多优点。
3. 传感器。对有机半导体材料进行掺杂或者去掺杂会极大 地改变其电性质，这个特点可以利用在传感器上，因为有 许多待检测的气体本身可以作为有机半导体材料的掺杂剂。 4. 有机太阳能电池。在能源领域的应用，将是有机半导体 材料的最有意义的应用。它们可以用于提包中，这样你就 可以边走边给你的笔记本电脑和手机充电，而且可以用在 窗户和衣服上，因为这些有机电池是柔性的。也可综合调 整所使用的感光材料的颜色，这在硅太阳能电池上就做不 到。

(4)、有机物易于获得，有机场效应器件的制作工艺也更为 简单，它并不要求严格地控制气氛条件和苛刻的纯度要求， 因而能有效地降低器件的成本。 (5)、全部由有机材料制备的所谓“全有机”的场效应器件 呈现出非常好的柔韧性，而且质量轻。 (6)通过对有机分子结构进行适当的修饰，可以得到不同性 能的材料，因此通过对有机半导体材料进行改性就能够使 器件的电学性能达到理想的结果。

2.非晶态有机半导体材料中的载流子迁移率会在一定范围 办随着温度的增加而提高。这也反映了有机半导体材料与 无机半导体材料中载流子传输机理上的本质不同。各个有 机分子的共轭轨道，可以视为载流子的一个个束缚区域， 而载流子的跳跃传输就是从一个束缚区跳入另一个束缚区， 亦即先要逃脱一个束缚区的束缚，才能跳跃到另一个束缚 区。摆脱束缚需要一定的热激发，所以温度在一定范围内 升高时，有机半导体中的载流子迁移率会有所上升。 3. 此外，有机半导体材料中的载流子迁移率还与材料的掺 杂程度有很大关系。如前所述，有机半导体的掺杂，即在 其中引入氧化剂或还原剂，用以形成极化子及双极化子等 载流子。有研究表明，掺杂物可以充当有机分子之间的桥 梁，把一个共轭区域内的载流子快速地引到另一个共轭区 域里。因此，在多数情况下，适量的掺杂可以明显地提高 有机半导体材料中的载流子迁移率。
有机半导体材料
材料科学与科学 1030250050 姬天亮
一、 有机半导体材料的分子特征


在有机半导体材料分子里， 成键结构会扩展 到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的 重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高 分子型两大类。 常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三 苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等; 常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚 乙炔型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚 芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯 等类型。

四、 有机半导体材料的应用领域

相对于无机材料，有机材料的最重要优势是其近乎无限的 可修饰性。通过改变有机分子的分子构成及元素成分，有 机材料的性能可以在很大范围内进行调整，也就更有机会 充分接近实际应用的要求。因此，在功能材料方面，近年 已经有大量原先采用无机材料的应用领域转用了有机材料。 当前大量采用有机半导体材料的主要有以下领域： 1. 光盘。当下主流的DVD 光盘通常以花菁（显蓝绿色） 及酞菁（显金黄色）为数字信息的载体。这些有机半导体 材料在激光照射下会改变分子构型，从而完成0 和1 的记 录。




有机光盘
有机发光二极管
有机硅胶感应器
有机太阳能电池
五、 有机半导体同无机半导体的 区别及其优点



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与无机半导体相比，有点半导体具有一定的自身独特性， 表现在： (l)、有机半导体的成膜技术更多、更新，如真空蒸镀，溶 液甩膜，Langmtrir一Blodgett (LB)技术，分子自组装技术， 从而使制作工艺简单、多样、成本低。利用有机薄膜大规 模制备技术，可以制备大面积的器件。 (2)、器件的尺寸能做得更小(分子尺度)，集成度更高。分 子尺度的减小和集成度的提高意味着操作功率的减小以及 运算速度的提高。 (3)、以有机聚合物制成的场效应器件，其电性能可通过对 有机分子结构进行适当的修饰而得到满意的结果。同时， 通过化学或电化学掺杂，有机聚合物的电导率能够在绝缘 体(电阻率一10一Qcm)到良导体这样一个很宽的范围内变 动。因此，通过掺杂或修饰技术，可以获得理想的导电聚 合物。