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(guò)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(lái)計(jì)算有機(jī)半導(dǎo)體分子的遷移率數(shù)值，來(lái)討論各種不同的因素對(duì)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(lái)，對(duì)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(chǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(duì)比它們分子間相互作用，本文發(fā)現(xiàn)面對(duì)面π-π相互作用和S-S鍵

4、相互作用對(duì)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(lèi)TTF(TTP)衍生物的電子和轉(zhuǎn)移性質(zhì)。對(duì)比不同的分子結(jié)構(gòu)變化對(duì)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(cè)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(duì)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(huì)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(duì)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