若干有機(jī)半導(dǎo)體材料中載流子傳輸性能的理論研究.pdf

1、本論文主要采用理論模擬計(jì)算的方法研究不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)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(jì)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(jì)算有機(jī)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(yùn)性質(zhì)的影響。論文主要內(nèi)容包含以下的三個(gè)部分:
　　第一部分介紹有機(jī)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(jī)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(jìn)步。有機(jī)半導(dǎo)體材料分子在很多新型有機(jī)材

2、料應(yīng)用方面，例如在有機(jī)薄膜晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)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(jì)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

3、率最大，達(dá)到0.521 cm2V-1s-1出現(xiàn)在角度為95°和275°的位置，在鄰位四個(gè)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(yùn)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 cm2V-1s-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 cm2V-1s-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

4、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(jī)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(jī)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(shí)理論模擬計(jì)算的前線軌道能量和實(shí)驗(yàn)中測試的基本吻合?；趯?shí)驗(yàn)合成的單晶分子和不連貫的躍遷模型，模擬計(jì)算出

5、它們的重組能和遷移積分大小，從而計(jì)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 cm2V-1s-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 cm2V-1s-1)。同時(shí)在TTF衍生物中，最大電子和空穴遷移率分別是1.821 cm2V-1s-1和1.709 cm2V-1s-1。這些計(jì)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(jī)半導(dǎo)體分子。在分

6、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(tuán)（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(gè)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(jī)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