本文關鍵詞：有機半導體材料傳輸機制和有機二極管的電學性能的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于具有低成本和容易制造的優(yōu)點,以及廣泛的潛在應用前景,比如有機發(fā)光二極管(OLEDs)、有機場效應晶體管(OFETs)、有機太陽能電池、有機半導體激光、有機熱電器件、有機探測器和傳感器、柔性顯示等,有機半導體近年已經(jīng)成為多學科的研究熱點。雖然有許多新材料不斷被合成,新器件制作出來,但是有機半導體的載流子輸運機制還沒有完全研究清楚。而載流子的傳輸機制對于合成新材料和提高器件的性能是非常重要的基礎。目前已公認有機半導體的電流是空間電荷限制電流(SCL),而陷阱對SCL電流特性運輸模型是一個重要的因素。文獻中有兩類考慮陷阱效應的模型。第一種用同樣的方式對待所有載流子,陷阱效應通過將載流子遷移率看作為電場、載流子密度函數(shù)考慮兩個有代表性的方法是Pasveer等人的統(tǒng)一模型和Pai的指數(shù)模型。第二類模型將載體子分為自由和束縛兩種,其代表是遷移率邊模型(ME)。ME模型將態(tài)密度(DOS)分為可移動態(tài)和束縛阱態(tài),對n型(p型)材料而言可移動態(tài)具有遷移率μ0,位于遷移率邊上面(下面)。但是這些模型都各有一些不足,所以我們提出了三種改進模型,并針對Pai的指數(shù)模型改進了文獻中的解析電流電壓公式。首先,我們提出一種雙高斯態(tài)密度模型,兩個態(tài)密度分別對應于束縛和自由載流子。計算表明非對稱勢壘對于描述有機二極管的電流電壓關系是很重要的,電流電壓曲線在低壓端的斜率對另一端的勢壘高度很敏感,而整個曲線整體上的斜率對低壓端的勢壘高度很敏感。將該模型用于三種有機二極管,在遷移率看作僅是溫度的函數(shù)的條件下,理論能夠很好的描述實驗電流電壓關系。第二,我們對基于單高斯態(tài)密度的遷移率邊模型進行簡化,根據(jù)最近文獻中關于載流子服從愛因斯坦關系的實驗結果,提出有機半導體中的自由載流子可以看作是非簡并的,而束縛載流子應該被看作是簡并的。這使關于束縛載流子的積分能夠在計算機程序中很容易實現(xiàn)。對四種有機二極管,通過求解漂移-擴散方程得到的電流電壓關系與實驗數(shù)據(jù)存在明顯偏差。為此,我們提出一種具有指數(shù)尾部的新態(tài)密度,由此計算的電流電壓關系與實驗數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)符合很好,提取出來的遷移率隨溫度的變化關系滿足簡單的Arrhenius行為,表明新態(tài)密度具有一定合理性。第三,我們注意到文獻中關于有機半導體的輸運模型都沒有考慮電中性條件,我們指出有機二極管在沒有偏壓得情況下應該滿足電中性條件。為此,我們在文獻中Nicolai等人模型的基礎上,提出對于p型材料,其位于禁帶中的束縛電荷應該是束縛電子,利用Pai的指數(shù)模型將遷移率表示為電場強度的指數(shù)函數(shù),對四種有機二極管計算的電流電壓關系與實驗符合很好。最后,由于描述SCL的泊松方程和漂移擴散方程即使數(shù)值求解也是很困難的,長期以來,SCL都是采用忽略漂移電流且只適合高壓情況的Mott-Gurney公式近似描述。但是解析電流電壓公式對于器件建模和數(shù)據(jù)分析都是很重要的,所以最近Bruyn等人在遷移率為常數(shù)的條件下推導出了考慮擴散的解析電流電壓公式。我們利用Pai的指數(shù)模型將遷移率看作電場強度的指數(shù)函數(shù),改進了Bruyn等人的解析公式。對四種有機二極管的計算表明,未改進公式不能夠很好描述從低壓到高壓范圍的實驗電流電壓數(shù)據(jù),而改進公式與數(shù)值解的結果符合很好,并且都能夠很好描述實驗電流電壓數(shù)據(jù)。
【關鍵詞】：有機場效應晶體管 非對稱勢壘 高斯陷阱 愛因斯坦關系
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN304;TN31
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• Chapter 1 Introduction11-21
• 1.1 General Introduction11-12
• 1.2 Research Status and development trends12-19
• 1.3 Objective and Methodology19
• 1.4 Thesis Structural View19-21
• Chapter 2 Material Classification and Organic Devices21-36
• 2.1 Introduction21
• 2.2 Organic semiconductor Material21-22
• 2.3 Classification of organic semiconductor material22-25
• 2.3.1 Classification of organic semiconductor by molecular structure22-24
• 2.3.2 Classification of organic semiconductor by carrier transport24-25
• 2.4 The organic electronic device25-36
• 2.4.1 Organic light-emitting diode (OLED)25-28
• 2.4.2 Organic field effect transistor (OFET)28-30
• 2.4.3 The Choice of Basis Functions30-33
• 2.4.4 Semiconductor Laser33-36
• Chapter 3 Charge Transport Mechanism36-45
• 3.1 Introduction36
• 3.2 Charge Carriers36-40
• 3.2.1 Generation and recombination of carriers37-38
• 3.2.2 Majority and minority carriers38
• 3.2.3 Carrier mobility38
• 3.2.4 Drift mobility and conductivity38-40
• 3.2.5 Diffusion40
• 3.3 Techniques of Measurements of Carrier Mobilities40-45
• 3.3.1 Time of flight41-42
• 3.3.2 The steady-state DC current - voltage characteristics42-43
• 3.3.3 Field-Effect Transistor Configuration43-45
• Chapter 4 Charge Transport Modeling and Theories45-53
• 4.1 Introduction45
• 4.2 Charge transport modeling45-48
• 4.2.1 The polaron hopping model45-47
• 4.2.2 Multiple captures and release (MTR)47-48
• 4.3 Transitions in organic semiconductors48-53
• 4.3.1 Transition between band and band49
• 4.3.2 Exciton between band and band49-52
• 4.3.2.1 Frenkel excitons50
• 4.3.2.2 Wannier-Mott excitons50-51
• 4.3.2.3 Charge-transfer exciton (CT exciton)51-52
• 4.3.3 Peierls Transition52-53
• Chapter 5 Proposed Double Gaussian Model with Non-Symmetric Potential Barriersat Contacts for Organic Diodes53-70
• 5.1 Introduction53-55
• 5.2 Fundamental Model55-60
• 5.3 Analysis60-64
• 5.4 Application to devices64-70
• Chapter 6 Introduced The Exponential Tail For Organic Diodes By Using NewDensity Of State In Mobility Edge Model70-81
• 6.1 Introduction70-71
• 6.2 Improvement of ME model71-75
• 6.3 Application to devices75-81
• Chapter 7 Modified Transport Model For Organic Diodes Considering NeutralCondition And Two Type Of Density Of State81-97
• 7.1 Introduction81-82
• 7.2 Advance of new DOS and modified drift-diffusion model82-88
• 7.3 Application to devices88-97
• Chapter 8 Improved Model For Diffusion-Limited Current In OrganicMetal-Insulator-Metal Diodes97-112
• 8.1 Introduction97-98
• 8.2 Outline of fundamental formulae98-100
• 8.3 Application to device100-112
• Chapter 9 Conclusion112-114
• Acknowledgement114-115
• References115-127
• Research Results Obtained During the Study for Doctorate Degree127-128

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本文編號：365977