基于有机电子器件的电荷输运及相关电学特性研究

来源 :河南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tltim2009
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随着有机电子学的迅速发展,有机半导体及相关电子器件受到了人们的深度重视,展现出了一系列的优势和广阔的应用前景,将来完全有潜力替代传统的无机电子器件。但是,有机电子器件也拥有一些无法忽视的缺点,这些缺陷严重限制了有机半导体的发展速度。要想进一步提高有机电子器件的工作效率,就需要对有机半导体材料的性能和结构有更加深入的认识,还需要深入学习电荷输运问题。近年来,众多科研人员都致力于发展有机电子器件,他们也有了一定的研究成果,然而,在理论模型方面仍旧有一些争议和问题。本文正是基于这一问题,研究有机半导体的电荷输运问题以及物理模型的适用性。论文的主要工作如下:首先,研究了高迁移率n型共聚物N2200的空穴传输和电学特性。研究发现,使用传统的迁移率模型并不能很好地拟合N2200空穴型器件厚度依赖关系的J-V特性。然而,修正的扩展高斯无序模型(IEGDM)能够准确地拟合N2200空穴型器件厚度和温度依赖关系的J-V特性曲线。载流子密度的数值计算结果是距交界面距离的减函数,而电场的数值计算结果是距交界面距离的增函数。所以,载流子密度的最大值和电场的最小值都存在于交界面处。其次,研究了N2200的电子传输和电学特性。研究发现,传统的迁移率模型并不能很好地对N2200电子型器件厚度依赖关系的J-V特性进行拟合。但是,IEGDM仅用一组参数就能准确地拟合N2200电子型器件厚度和温度依赖关系的J-V特性曲线。高斯态密度的宽度σ=.0083eV,晶格常数a=8.0 nm。实验中得到的高斯态密度宽度的值远小于其他共轭聚合物得到的值,这表明在N2200中存在着较低水平的能级无序和较小的温度活化能。此外,边界载流子密度的值太大或太小都会导致得到的J-V特性不准确。然后,研究了N2200空穴型器件的厚度和温度依赖关系。实验证明,扩展高斯无序模型(EGDM)和扩展相关无序模型(ECDM)都能很好地对厚度和温度依赖关系的J-V特性进行拟合,但是这并不能证明位点能级间的空间相关性是否存在。分析这两个模型实验得到的参数值,显然EGDM得到的值(0.8 nm)优于ECDM得到的值(0.1 nm),这表明在N2200中位点能级间的相关性是不存在的或者说是不重要的。最后,基于N2200的电子型器件可以实现欧姆接触并得到陷阱自由的空间电荷限制电流,室温下的电子传输速率为5×10-8m2/Vs。有机半导体聚合物中存在的位点能级间的空间相关性会影响载流子迁移率。然而,至今还没有定论说明在相关有机材料中这种相关性是存在的。实验中,EGDM和ECDM都能很好地拟合N2200电子型器件厚度和温度依赖关系的J-V特性。但是EGDM得到的参数值(2.0 nm)优于ECDM得到的参数值(0.4 nm)。这表明在N2200中位点能级间的空间相关性是不存在的或者说是不重要的。
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