有机半导体薄膜器件中的电荷输运研究

摘要

近年来，有机固体电子器件的研究已经成为一个热点，并取得长足的进展，逐渐应用在现实生活中，但进一步开发稳定性好、寿命长、功耗低的电子器件是现阶段以及今后研究工作的主要目标。相比实验研究取得的巨大成就，人们对有机电子器件工作的物理机理的掌握尚显不足，这严重制约了有机电子器件性能的提高。由于有机半导体器件载流子的输运机理不同于无机半导体器件，所以建立一套适用于有机半导体器件载流子输运机理的理论模型非常的重要。基于此，本论文作了如下工作： 1 在欧姆注入条件下，推导了以无陷阱有机半导体为功能层的单层单载流子器件的电流——电压的关系，对存在陷阱的情况，数值研究了器件电流随薄膜厚度和相对陷阱深度的变化关系，模拟了器件中电势、电场以及载流子浓度的空间分布，提出了判断电流传导的一种新的判据。对于双极性单层有机器件，在考虑了陷阱以及电场强度对载流子迁移率的影响的基础上，研究了器件的电流方程，解释了在相同的外加电压下，双极性单层器件的电流密度大于单极性单层器件的原因。 2 对金属电极和有机层界面处的载流子注入模型作了论述，建立了一种新的热电子注入模型，解释了空穴从ITO阳极注入到有机半导体G1-para-Ir(ppy)<,3>的注入机制。 3 考虑电流的体限制和注入限制后，研究了在低电场下非欧姆注入时温度对单层有机发光器件的J-V特性、有机层内载流子浓度和电场分布的影响。 4 对于双层有机发光器件，计算和分析了最优厚度比(D<,p>/d<,n>)<,opt>随特征陷阱能量、总陷阱密度和载流子迁移率变化的定量关系。对于有机半导体OO界面处的载流子传输，在Miller-Abrahams理论的基础上，建立了描述有机半导体薄膜界面电荷传输的解析模型。 5 研究了本征有机半导体薄膜、物理掺杂有机半导体薄膜以及化学掺杂有机半导体薄膜中空穴和电子传输的爱因斯坦关系的扩展。

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绪论

0.1有机半导体电致发光器件

O.1.1单层器件结构

O.1.2双层器件结构

0.1.3三层器件结构

0.1.4多层器件结构

0.2有机薄膜中电荷输运机理

0.3本论文的目的及研究其内容

第一章单层有机薄膜器件中的电荷传输

1.1引言

1.2单极性单层有机器件

1.2.1体限制传导

1.2.2注入效应

1.3双极型单层有机器件

1.4本章小结

第二章金属—有机界面注入模型

2.1热电子发射

2.2量子隧穿

2.3扩散电流模型

2.4一种新的金属/有机层界面的载流子注入模型

2.4.1理论基础

2.4.2结果和讨论

2.5本章小结

第三章电流传导的温度特性

3.1引言

3.2数值模型

3.3结果和讨论

3.4本章小结

第四章双层单极型有机薄膜器件

4.1引言

4.2双层有机电致发光器件有机层厚度优化的数值研究

4.2.1数值模型

4.2.2结果和讨论

4.3有机层/有机层界面的载流子传输

4.3.1模型

4.3.2讨论

4.4本章小结

第五章有机薄膜中的爱因斯坦关系

5.1引言

5.2爱因斯坦关系在本征有机半导体中的扩展

5.3爱因斯坦关系在物理掺杂有机半导体薄膜中的扩展

5.4爱因斯坦关系在化学掺杂有机半导体中的扩展

5.5本章小结

第六章总结

参考文献

附录

致谢