本文關(guān)鍵詞：有機(jī)半導(dǎo)體材料傳輸機(jī)制和有機(jī)二極管的電學(xué)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(diǎn),以及廣泛的潛在應(yīng)用前景,比如有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFETs)、有機(jī)太陽能電池、有機(jī)半導(dǎo)體激光、有機(jī)熱電器件、有機(jī)探測(cè)器和傳感器、柔性顯示等,有機(jī)半導(dǎo)體近年已經(jīng)成為多學(xué)科的研究熱點(diǎn)。雖然有許多新材料不斷被合成,新器件制作出來,但是有機(jī)半導(dǎo)體的載流子輸運(yùn)機(jī)制還沒有完全研究清楚。而載流子的傳輸機(jī)制對(duì)于合成新材料和提高器件的性能是非常重要的基礎(chǔ)。目前已公認(rèn)有機(jī)半導(dǎo)體的電流是空間電荷限制電流(SCL),而陷阱對(duì)SCL電流特性運(yùn)輸模型是一個(gè)重要的因素。文獻(xiàn)中有兩類考慮陷阱效應(yīng)的模型。第一種用同樣的方式對(duì)待所有載流子,陷阱效應(yīng)通過將載流子遷移率看作為電場(chǎng)、載流子密度函數(shù)考慮兩個(gè)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(dòng)態(tài)和束縛阱態(tài),對(duì)n型(p型)材料而言可移動(dòng)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(jìn)模型,并針對(duì)Pai的指數(shù)模型改進(jìn)了文獻(xiàn)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(gè)態(tài)密度分別對(duì)應(yīng)于束縛和自由載流子。計(jì)算表明非對(duì)稱勢(shì)壘對(duì)于描述有機(jī)二極管的電流電壓關(guān)系是很重要的,電流電壓曲線在低壓端的斜率對(duì)另一端的勢(shì)壘高度很敏感,而整個(gè)曲線整體上的斜率對(duì)低壓端的勢(shì)壘高度很敏感。將該模型用于三種有機(jī)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(shí)驗(yàn)電流電壓關(guān)系。第二,我們對(duì)基于單高斯態(tài)密度的遷移率邊模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,根據(jù)最近文獻(xiàn)中關(guān)于載流子服從愛因斯坦關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出有機(jī)半導(dǎo)體中的自由載流子可以看作是非簡(jiǎn)并的,而束縛載流子應(yīng)該被看作是簡(jiǎn)并的。這使關(guān)于束縛載流子的積分能夠在計(jì)算機(jī)程序中很容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)四種有機(jī)二極管,通過求解漂移-擴(kuò)散方程得到的電流電壓關(guān)系與實(shí)驗(yàn)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(jì)算的電流電壓關(guān)系與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合很好,提取出來的遷移率隨溫度的變化關(guān)系滿足簡(jiǎn)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(xiàn)中關(guān)于有機(jī)半導(dǎo)體的輸運(yùn)模型都沒有考慮電中性條件,我們指出有機(jī)二極管在沒有偏壓得情況下應(yīng)該滿足電中性條件。為此,我們?cè)谖墨I(xiàn)中Nicolai等人模型的基礎(chǔ)上,提出對(duì)于p型材料,其位于禁帶中的束縛電荷應(yīng)該是束縛電子,利用Pai的指數(shù)模型將遷移率表示為電場(chǎng)強(qiáng)度的指數(shù)函數(shù),對(duì)四種有機(jī)二極管計(jì)算的電流電壓關(guān)系與實(shí)驗(yàn)符合很好。最后,由于描述SCL的泊松方程和漂移擴(kuò)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(duì)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(dǎo)出了考慮擴(kuò)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(chǎng)強(qiáng)度的指數(shù)函數(shù),改進(jìn)了Bruyn等人的解析公式。對(duì)四種有機(jī)二極管的計(jì)算表明,未改進(jìn)公式不能夠很好描述從低壓到高壓范圍的實(shí)驗(yàn)電流電壓數(shù)據(jù),而改進(jìn)公式與數(shù)值解的結(jié)果符合很好,并且都能夠很好描述實(shí)驗(yàn)電流電壓數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 非對(duì)稱勢(shì)壘 高斯陷阱 愛因斯坦關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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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