發(fā)布時間：2017-04-27 20:05

  本文關(guān)鍵詞：若干有機半導(dǎo)體材料中載流子傳輸性能的理論研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本論文主要采用理論模擬計算的方法研究不同結(jié)構(gòu)的有機半導(dǎo)體分子的載流子傳輸性質(zhì)。本文采用優(yōu)化過的計算公式以密度泛函理論為基礎(chǔ)結(jié)合Marcus-Hush電荷轉(zhuǎn)移方法來計算有機半導(dǎo)體分子的遷移率數(shù)值,來討論各種不同的因素對于電荷輸運性質(zhì)的影響。論文主要內(nèi)容包含以下的三個部分:第一部分介紹有機半導(dǎo)體的主要應(yīng)用和本文中采用的理論模型。近年來,對于有機半導(dǎo)體和相應(yīng)的材料應(yīng)用方面的研究已經(jīng)有了很大的進步。有機半導(dǎo)體材料分子在很多新型有機材料應(yīng)用方面,例如在有機薄膜晶體管、有機發(fā)光二極管和有機場效應(yīng)晶體管等多種現(xiàn)代電子器件應(yīng)用上,都扮演著重要的角色。介紹論文中使用的密度泛函理論、Marcus電荷轉(zhuǎn)移理論、簡單躍遷模型和研究中使用的具體計算軟件。第二部分主要研究四種N型半導(dǎo)體四氮雜二萘嵌苯衍生物分子和三種簡單的低聚噻吩衍生物分子的遷移性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)核心位置的取代基對于分子的電荷轉(zhuǎn)移遷移率大小有很大影響。在四種TAPP衍生物分子中,核心溴取代的衍生物分子的電子遷移率最大,達到0.521 cm~2V~(-1)s~(-1)出現(xiàn)在角度為95°和275°的位置,在鄰位四個位置溴取代的TAPP衍生物分子有最好的N型半導(dǎo)體電荷輸運性質(zhì)。在三種低聚噻吩衍生物分子中,化合物1有最高的電子遷移率數(shù)值(0.373 cm~2V~(-1)s~(-1)),這種分子有較好的N型半導(dǎo)體性質(zhì),而化合物3卻有最大的空穴遷移率數(shù)值(0.218 cm~2V~(-1)s~(-1)),相應(yīng)的就有很好的P型半導(dǎo)體性質(zhì)。對比它們分子間相互作用,本文發(fā)現(xiàn)面對面π-π相互作用和S-S鍵相互作用對于分子間電荷轉(zhuǎn)移有很大影響。第三部分主要探討嵌二萘、NDT、TTF和TTP衍生物分子等有機半導(dǎo)體材料分子體系的遷移性能。本章主要研究嵌二萘衍生物和四類TTF(TTP)衍生物的電子和轉(zhuǎn)移性質(zhì)。對比不同的分子結(jié)構(gòu)變化對于有機材料的結(jié)構(gòu)-遷移率關(guān)系的理論研究,例如不同位置不同的取代基、主干分子的不同和不同的堆積方式。同時理論模擬計算的前線軌道能量和實驗中測試的基本吻合。基于實驗合成的單晶分子和不連貫的躍遷模型,模擬計算出它們的重組能和遷移積分大小,從而計算出遷移率的數(shù)值。在嵌二萘衍生物分子中,最大的空穴遷移率數(shù)值是2,7-二苯基取代衍生物分子(2.945 cm~2V~(-1)s~(-1)),最大的電子遷移率是4,5-二硫基嵌二萘衍生物分子(6.24 cm~2V~(-1)s~(-1))。同時在TTF衍生物中,最大電子和空穴遷移率分別是1.821 cm~2V~(-1)s~(-1)和1.709 cm~2V~(-1)s~(-1)。這些計算結(jié)果表明這些衍生物分子是有著很好的穩(wěn)定性和高遷移率的高效率有機半導(dǎo)體分子。在分析中發(fā)現(xiàn),晶體中分子的堆積方式和取代基造成的結(jié)構(gòu)改變對于電荷傳輸性質(zhì)都有很大程度的改變。吸電子基團(甲氧基和鹵素基等)會降低LUMO軌道值,并提高電子遷移率的數(shù)值和分子的穩(wěn)定性。晶體結(jié)構(gòu)中的層與層平行π-π躍遷和人字形躍遷模型都有很高的遷移率數(shù)值,此外π-π共軛結(jié)構(gòu)的重疊程度對于分子間的遷移積分的大小也有影響。在本章的最后,討論了兩個不同晶體界面上的傳導(dǎo)性原理,本文發(fā)現(xiàn)在兩種絕緣有機半導(dǎo)體分子界面上有很好的金屬傳導(dǎo)性和較低的電阻大約10-50 k?。高遷移率值、簡單的制作工藝、低成本生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)的強調(diào)整性使這些衍生物分子成為很有前途的有機半導(dǎo)體材料分子。本文的計算結(jié)果為設(shè)計更好的新型高遷移率有機分子提供具體理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：有機半導(dǎo)體材料 密度泛函理論 遷移率 導(dǎo)電性
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 半導(dǎo)體材料的研究進程10-11
• 1.2 有機半導(dǎo)體材料的應(yīng)用和相應(yīng)的工作原理11-14
• 1.2.1 有機材料發(fā)光二極管（OLED）11-12
• 1.2.2 有機染料敏化太陽能電池12-13
• 1.2.3 有機場效應(yīng)晶體管（OFET）13
• 1.2.4 有機器件的性能表征參數(shù)13-14
• 1.3 本論文的研究意義14-16
• 第二章 理論模型和計算方法16-22
• 2.1 載流子傳輸計算理論的研究背景16
• 2.2 密度泛函理論16-17
• 2.2.1 第一性原理16-17
• 2.2.2 密度泛函理論的詳細介紹17
• 2.3 Marcus電子轉(zhuǎn)移理論17-18
• 2.4 載流子遷移率的計算18-20
• 2.4.1 計算模型18
• 2.4.2 重組能和轉(zhuǎn)移積分的計算18-20
• 2.5 界面電阻的相關(guān)計算方法20
• 2.6 論文中用到的計算軟件20-22
• 2.6.1 高斯（Gaussian 09）20-21
• 2.6.2 ADF（Amsterdam density functional）21-22
• 第三章 吸電子基團和不同的分子間作用力對于半導(dǎo)體性質(zhì)影響的理論研究22-36
• 3.1 引言22-24
• 3.2 計算模型和方法24-25
• 3.3 結(jié)果分析和討論25-34
• 3.3.1 前線分子軌道能量（HOMO、LUMO和H-L間隙能量）、電離勢和電子親和勢25-27
• 3.3.2 分子的光譜性質(zhì)27-28
• 3.3.3 躍遷模型、重組能和轉(zhuǎn)移積分28-31
• 3.3.4 各向異性遷移率的分析31-34
• 3.4 本章結(jié)論34-36
• 第四章 分子結(jié)構(gòu)變化對于不同有機半導(dǎo)體分子的傳輸性質(zhì)和界面性質(zhì)影響的研究36-66
• 4.1 引言36-38
• 4.2 理論方法38
• 4.3 本章所研究的分子結(jié)構(gòu)38-41
• 4.4 結(jié)果討論和數(shù)據(jù)分析41-64
• 4.4.1 晶體分子堆積方式和載流子躍遷方式分析41-48
• 4.4.2 前線軌道和光譜分析48-56
• 4.4.3 各向異性遷移率和 3D模擬遷移率圖56-62
• 4.4.4 界面電阻計算62-64
• 4.5 本章總結(jié)64-66
• 第五章 主要結(jié)論66-68
• 參考文獻68-76
• 致謝76-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間的主要工作78-79

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;新方法大幅縮短有機半導(dǎo)體材料研發(fā)時間[J];硅酸鹽通報;2011年04期

2 汪茫,孫景志;具有激發(fā)態(tài)性質(zhì)的新型有機半導(dǎo)體材料[J];材料導(dǎo)報;2001年01期

3 王立鐸;;有機半導(dǎo)體材料與器件研究領(lǐng)域的若干科學(xué)問題[J];大學(xué)化學(xué);2007年01期

4 ;化學(xué)所新型有機半導(dǎo)體材料研究取得系列進展[J];中國西部科技;2008年05期

5 ;n型有機半導(dǎo)體材料研究獲進展[J];光機電信息;2010年06期

6 ;新方法大幅縮短有機半導(dǎo)體材料研發(fā)時間[J];科技傳播;2011年16期

7 ;含巨大分子有機半導(dǎo)體材料問世[J];光機電信息;2011年09期

8 ;含巨大分子有機半導(dǎo)體材料問世[J];硅谷;2011年18期

9 ;新方法大幅縮短有機半導(dǎo)體材料的研發(fā)時間[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2012年01期

10 ;上海有機所在有機半導(dǎo)體材料研究中取得系列進展[J];人工晶體學(xué)報;2013年07期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 小野f;;含有熱致或光化學(xué)離去基團的有機半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第七屆有機化學(xué)學(xué)術(shù)會議圖文摘要集[C];2011年

2 胡云賓;秦云科;高希珂;狄重安;朱道本;;一鍋法制備高性能n-型有機半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第5分會場摘要集[C];2012年

3 史建武;易文靜;孫會靚;萬世勝;王華;闞玉和;;基于并三噻吩同分異構(gòu)體的有機半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第17分會：光電功能器件[C];2014年

4 樊宏宇;狄重安;高希珂;李洪祥;劉云圻;朱道本;;拉電子基團封端的噻吩-萘二酰亞胺D-A結(jié)構(gòu)有機小分子半導(dǎo)體材料[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

5 孟青;李洪祥;胡文平;;含C≡C的有機半導(dǎo)體材料合成及場效應(yīng)性能研究[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

6 張恒君;王鷹;劉云圻;邱文豐;于貴;朱道本;;基于芘的蝴蝶型有機半導(dǎo)體材料的合成及場效應(yīng)性能研究[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

7 李穎若;郭雪峰;;螺吡喃——P3HT復(fù)合半導(dǎo)體層光響應(yīng)OFET器件[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

8 陳善慈;鄭慶東;湯昌泉;;新型含斜線型萘酰亞胺單元的n型有機半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第17分會：光電功能器件[C];2014年

9 王成亮;李洪祥;胡文平;;十字形有機半導(dǎo)體材料的合成及場效應(yīng)性能表征[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機固體材料分會場論文集[C];2008年

10 于貴;朱敏亮;羅皓;郭云龍;劉云圻;;新型有機半導(dǎo)體材料及其微納單晶場效應(yīng)晶體管器件[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 記者 劉霞;新方法大幅縮短有機半導(dǎo)體材料研發(fā)時間[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 黃金昌;新型稠環(huán)共軛有機半導(dǎo)體材料的設(shè)計、合成及其光電性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 張錨;有機半導(dǎo)體材料的激光性能研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所);2015年

3 陳曦;有機半導(dǎo)體材料中的分子結(jié)構(gòu)、堆積作用與光電性質(zhì)關(guān)系的理論研究[D];吉林大學(xué);2016年

4 張叢筠;有機半導(dǎo)體材料的自組裝及其理論研究[D];山東大學(xué);2013年

5 宋承立;基于氮雜并五苯的雙極性有機半導(dǎo)體材料的合成與器件性能研究[D];蘭州大學(xué);2011年

6 高非;高雙光子吸收截面有機半導(dǎo)體材料的設(shè)計、合成與表征[D];蘭州大學(xué);2010年

7 王靜;噻吩修飾的有機半導(dǎo)體材料的分子設(shè)計、合成與性質(zhì)研究[D];蘭州大學(xué);2010年

8 趙華平;吲哚[3，2-b]咔唑衍生物的設(shè)計、合成和半導(dǎo)體性能[D];山東大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉書利;新型二維共軛材料的設(shè)計合成及性能研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

2 焦冠源;有機半導(dǎo)體材料的合成及材料結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

3 陳向洋;雜原子取代稠環(huán)并苯類材料的設(shè)計與傳輸性質(zhì)的理論研究[D];首都師范大學(xué);2014年

4 李旭東;并五苯類衍生物的合成與光電性能研究[D];天津大學(xué);2015年

5 易文靜;基于三種并三噻吩同分異構(gòu)體的有機半導(dǎo)體材料的制備及其場效應(yīng)性能研究[D];河南大學(xué);2016年

6 時雅瑞;若干有機半導(dǎo)體材料中載流子傳輸性能的理論研究[D];河南師范大學(xué);2016年

7 陽峰;氮雜并五苯類有機半導(dǎo)體材料的合成與表征[D];蘭州大學(xué);2012年

8 劉雨;有機半導(dǎo)體材料中電荷轉(zhuǎn)移的理論研究[D];蘭州大學(xué);2015年

9 楊石;有機半導(dǎo)體材料特性測量及有機場效應(yīng)管應(yīng)用的研究[D];吉林大學(xué);2004年

10 臧展展;新型含硅有機半導(dǎo)體材料的合成和性質(zhì)研究[D];杭州師范大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：若干有機半導(dǎo)體材料中載流子傳輸性能的理論研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：331315