本文關鍵詞： 有機半導體 電荷遷移率 密度泛函理論 跳躍模型 晶體結構　出處：《南京理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：有機半導體器件相較于傳統(tǒng)的無機半導體器件具有制備工藝簡單、低成本、功耗小、可彎曲等優(yōu)點,近年來,有機電子材料包括有機半導體、有機薄膜晶體管、有機太陽電池、有機電致發(fā)光器件、有機傳感器和有機存儲器的研究與應用取得了日新月異的進展,擁有廣泛的應用前景。有機半導體可分為p型有機半導體和n型有機半導體,分別對應于電子傳輸和空穴傳輸,共同構筑有機互補電路。然而,目前有機半導體的性能,尤其是n型有機半導體仍然無法超越無機半導體。因此,尋求高性能的n型有機半導體是有機電子學需要克服的難題之一。性能良好的n型有機半導體需要滿足高度共軛的π電子系統(tǒng),且電子親和能較高,近鄰分子間的電子波函數有較大重疊等。本論文用密度泛函理論結合跳躍模型,對候選物及其取代衍生物的電荷遷移性質進行了理論研究。研究內容包括以下三個部分:1.用密度泛函理論結合不連續(xù)的電荷跳躍模型探究了二萘嵌苯二酰亞胺(PDI)及其氟取代衍生物(2F-PDI,4F-PDI)的電荷遷移性質,對其幾何構型、重組能、前線分子軌道、電子親和能、電離能、轉移積分以及各向異性進行了討論。通過在二萘嵌苯二酰亞胺分子的灣部進行氟取代,p型有機半導體轉變成了 n型有機半導體二氟取代的二萘嵌苯二酰亞胺(2F-PDI),以及雙極性有機半導體四氟取代的二萘嵌苯二酰亞胺(4F-PDI)。由于具有更低的最低未占據軌道能級及有效的排布方式,二氟取代的二萘嵌苯二酰亞胺電子遷移率為0.33 cm2·V~(-1)·s~(-1)比其相應的空穴遷移率(0.0008 cm2·V~(-1)·s~(-1))大很多。因此,二氟取代二萘嵌苯二酰亞胺可以做為n型有幾半導體材料的候選物。在二萘嵌苯為基本骨架的有機半導體引入強吸電子取代基(如氟)是得到高性能n型有機半導體材料的有效方法。另外,三種分子的遷移率均表現出明顯的各向異性�？昭半娮拥淖畲筮w移率均發(fā)生在呈平行的π-π排布的二聚體。2.計算研究四硫環(huán)輪烯(DPTTA)以及其吸電子取代基衍生物(DPTTACH3,DPTTACl)的電荷遷移性質,在分子及晶體水平上闡述了電荷遷移率和取代基之間的關系。研究發(fā)現,當作為n型有機半導體時,較低且非定域化的最低未占據軌道和較大的電子親和能有利于其穩(wěn)定性。重組能和轉移積分對電荷遷移率有很重要的影響。三種化合物中,DPTTACH3由于重組能小且呈面對面的π-π排列產生較大的轉移積分,因此電子遷移率較大,為0.18cm2·V~(-1)·s~(-1)。從轉移積分的角度來看,對電荷遷移起主導作用的跳躍路徑具有π-π的作用的平行二聚體。對于各向異性的研究,DPTTACH3電荷遷移率表現出明顯的角度相關。3.在分子與晶體的基礎上,用密度泛函理論結合電荷跳躍機制對六硫雜并五苯(HTP)及其硒替換衍生物(2Se-HTP,4Se-HTP,6Se-HTP)的幾何構型、晶體結構等與電荷遷移率之間的關系,以及用不同數目的硒替換后對電荷遷移性質的影響進行了研究與討論。HTP的晶體結構來源于劍橋晶體數據庫(CCDC),其硒替換晶體結構是在CASTEP用DFT-D方法結合GGA-PBE來優(yōu)化得到。結果表明,硒替換的分子依然具有良好的平面性且電荷傳輸過程的結構變化較小,這有利于電荷的傳輸。從空穴與電子遷移率的結果分析,HTP和6Se-HTP的電子遷移率比空穴遷移率大得多,分別為1.20 cm2·V~(-1)·s~(-1)和2.29cm2·V~(-1)·s~(-1),是很好的電子傳輸材料,而2Se-HTP與4Se-HTP的空穴與電子遷移率相當,適合作為雙極性有機半導體材料。
[Abstract]:This paper studies the charge transport properties of organic semiconductors , including organic semiconductors , organic thin film transistors , organic solar cells , organic electroluminescence devices , organic sensors and organic memories . The electron mobility of HTP and 6Se - HTP is much larger than that of electron mobility . The results show that the electron mobility of HTP and 6Se - HTP is much larger than that of electron mobility . The holes and electron mobility of 2Se - HTP and 4Se - HTP are suitable as bipolar organic semiconductor materials .

【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O649.5

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2 ;日開發(fā)出制作有機半導體單晶薄膜的新技術[J];粘接;2011年08期

3 黃美純;;有機半導體導電機理問題[J];廈門大學學報(自然科學版);1961年03期

4 Б.А.克，

本文編號：1464139