若干有机半导体材料中载流子传输性能的理论研究

发布时间：2017-04-27 20:05

  本文关键词：若干有机半导体材料中载流子传输性能的理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要采用理论模拟计算的方法研究不同结构的有机半导体分子的载流子传输性质。本文采用优化过的计算公式以密度泛函理论为基础结合Marcus-Hush电荷转移方法来计算有机半导体分子的迁移率数值,来讨论各种不同的因素对于电荷输运性质的影响。论文主要内容包含以下的三个部分:第一部分介绍有机半导体的主要应用和本文中采用的理论模型。近年来,对于有机半导体和相应的材料应用方面的研究已经有了很大的进步。有机半导体材料分子在很多新型有机材料应用方面,例如在有机薄膜晶体管、有机发光二极管和有机场效应晶体管等多种现代电子器件应用上,都扮演着重要的角色。介绍论文中使用的密度泛函理论、Marcus电荷转移理论、简单跃迁模型和研究中使用的具体计算软件。第二部分主要研究四种N型半导体四氮杂二萘嵌苯衍生物分子和三种简单的低聚噻吩衍生物分子的迁移性质。研究发现核心位置的取代基对于分子的电荷转移迁移率大小有很大影响。在四种TAPP衍生物分子中,核心溴取代的衍生物分子的电子迁移率最大,达到0.521 cm~2V~(-1)s~(-1)出现在角度为95°和275°的位置,在邻位四个位置溴取代的TAPP衍生物分子有最好的N型半导体电荷输运性质。在三种低聚噻吩衍生物分子中,化合物1有最高的电子迁移率数值(0.373 cm~2V~(-1)s~(-1)),这种分子有较好的N型半导体性质,而化合物3却有最大的空穴迁移率数值(0.218 cm~2V~(-1)s~(-1)),相应的就有很好的P型半导体性质。对比它们分子间相互作用,本文发现面对面π-π相互作用和S-S键相互作用对于分子间电荷转移有很大影响。第三部分主要探讨嵌二萘、NDT、TTF和TTP衍生物分子等有机半导体材料分子体系的迁移性能。本章主要研究嵌二萘衍生物和四类TTF(TTP)衍生物的电子和转移性质。对比不同的分子结构变化对于有机材料的结构-迁移率关系的理论研究,例如不同位置不同的取代基、主干分子的不同和不同的堆积方式。同时理论模拟计算的前线轨道能量和实验中测试的基本吻合。基于实验合成的单晶分子和不连贯的跃迁模型,模拟计算出它们的重组能和迁移积分大小,从而计算出迁移率的数值。在嵌二萘衍生物分子中,最大的空穴迁移率数值是2,7-二苯基取代衍生物分子(2.945 cm~2V~(-1)s~(-1)),最大的电子迁移率是4,5-二硫基嵌二萘衍生物分子(6.24 cm~2V~(-1)s~(-1))。同时在TTF衍生物中,最大电子和空穴迁移率分别是1.821 cm~2V~(-1)s~(-1)和1.709 cm~2V~(-1)s~(-1)。这些计算结果表明这些衍生物分子是有着很好的稳定性和高迁移率的高效率有机半导体分子。在分析中发现,晶体中分子的堆积方式和取代基造成的结构改变对于电荷传输性质都有很大程度的改变。吸电子基团(甲氧基和卤素基等)会降低LUMO轨道值,并提高电子迁移率的数值和分子的稳定性。晶体结构中的层与层平行π-π跃迁和人字形跃迁模型都有很高的迁移率数值,此外π-π共轭结构的重叠程度对于分子间的迁移积分的大小也有影响。在本章的最后,讨论了两个不同晶体界面上的传导性原理,本文发现在两种绝缘有机半导体分子界面上有很好的金属传导性和较低的电阻大约10-50 k?。高迁移率值、简单的制作工艺、低成本生产和结构的强调整性使这些衍生物分子成为很有前途的有机半导体材料分子。本文的计算结果为设计更好的新型高迁移率有机分子提供具体理论基础。
【关键词】：有机半导体材料 密度泛函理论 迁移率 导电性
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 半导体材料的研究进程10-11
• 1.2 有机半导体材料的应用和相应的工作原理11-14
• 1.2.1 有机材料发光二极管（OLED）11-12
• 1.2.2 有机染料敏化太阳能电池12-13
• 1.2.3 有机场效应晶体管（OFET）13
• 1.2.4 有机器件的性能表征参数13-14
• 1.3 本论文的研究意义14-16
• 第二章 理论模型和计算方法16-22
• 2.1 载流子传输计算理论的研究背景16
• 2.2 密度泛函理论16-17
• 2.2.1 第一性原理16-17
• 2.2.2 密度泛函理论的详细介绍17
• 2.3 Marcus电子转移理论17-18
• 2.4 载流子迁移率的计算18-20
• 2.4.1 计算模型18
• 2.4.2 重组能和转移积分的计算18-20
• 2.5 界面电阻的相关计算方法20
• 2.6 论文中用到的计算软件20-22
• 2.6.1 高斯（Gaussian 09）20-21
• 2.6.2 ADF（Amsterdam density functional）21-22
• 第三章 吸电子基团和不同的分子间作用力对于半导体性质影响的理论研究22-36
• 3.1 引言22-24
• 3.2 计算模型和方法24-25
• 3.3 结果分析和讨论25-34
• 3.3.1 前线分子轨道能量（HOMO、LUMO和H-L间隙能量）、电离势和电子亲和势25-27
• 3.3.2 分子的光谱性质27-28
• 3.3.3 跃迁模型、重组能和转移积分28-31
• 3.3.4 各向异性迁移率的分析31-34
• 3.4 本章结论34-36
• 第四章 分子结构变化对于不同有机半导体分子的传输性质和界面性质影响的研究36-66
• 4.1 引言36-38
• 4.2 理论方法38
• 4.3 本章所研究的分子结构38-41
• 4.4 结果讨论和数据分析41-64
• 4.4.1 晶体分子堆积方式和载流子跃迁方式分析41-48
• 4.4.2 前线轨道和光谱分析48-56
• 4.4.3 各向异性迁移率和 3D模拟迁移率图56-62
• 4.4.4 界面电阻计算62-64
• 4.5 本章总结64-66
• 第五章 主要结论66-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 攻读硕士学位期间的主要工作78-79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;新方法大幅缩短有机半导体材料研发时间[J];硅酸盐通报;2011年04期

2 汪茫,孙景志;具有激发态性质的新型有机半导体材料[J];材料导报;2001年01期

3 王立铎;;有机半导体材料与器件研究领域的若干科学问题[J];大学化学;2007年01期

4 ;化学所新型有机半导体材料研究取得系列进展[J];中国西部科技;2008年05期

5 ;n型有机半导体材料研究获进展[J];光机电信息;2010年06期

6 ;新方法大幅缩短有机半导体材料研发时间[J];科技传播;2011年16期

7 ;含巨大分子有机半导体材料问世[J];光机电信息;2011年09期

8 ;含巨大分子有机半导体材料问世[J];硅谷;2011年18期

9 ;新方法大幅缩短有机半导体材料的研发时间[J];电子产品可靠性与环境试验;2012年01期

10 ;上海有机所在有机半导体材料研究中取得系列进展[J];人工晶体学报;2013年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 小野f;;含有热致或光化学离去基团的有机半导体材料[A];中国化学会第七届有机化学学术会议图文摘要集[C];2011年

2 胡云宾;秦云科;高希珂;狄重安;朱道本;;一锅法制备高性能n-型有机半导体材料[A];中国化学会第28届学术年会第5分会场摘要集[C];2012年

3 史建武;易文静;孙会靓;万世胜;王华;阚玉和;;基于并三噻吩同分异构体的有机半导体材料[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会：光电功能器件[C];2014年

4 樊宏宇;狄重安;高希珂;李洪祥;刘云圻;朱道本;;拉电子基团封端的噻吩-萘二酰亚胺D-A结构有机小分子半导体材料[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年

5 孟青;李洪祥;胡文平;;含C≡C的有机半导体材料合成及场效应性能研究[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年

6 张恒君;王鹰;刘云圻;邱文丰;于贵;朱道本;;基于芘的蝴蝶型有机半导体材料的合成及场效应性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

7 李颖若;郭雪峰;;螺吡喃——P3HT复合半导体层光响应OFET器件[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

8 陈善慈;郑庆东;汤昌泉;;新型含斜线型萘酰亚胺单元的n型有机半导体材料[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会：光电功能器件[C];2014年

9 王成亮;李洪祥;胡文平;;十字形有机半导体材料的合成及场效应性能表征[A];中国化学会第26届学术年会有机固体材料分会场论文集[C];2008年

10 于贵;朱敏亮;罗皓;郭云龙;刘云圻;;新型有机半导体材料及其微纳单晶场效应晶体管器件[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 记者 刘霞;新方法大幅缩短有机半导体材料研发时间[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 黄金昌;新型稠环共轭有机半导体材料的设计、合成及其光电性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 张锚;有机半导体材料的激光性能研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

3 陈曦;有机半导体材料中的分子结构、堆积作用与光电性质关系的理论研究[D];吉林大学;2016年

4 张丛筠;有机半导体材料的自组装及其理论研究[D];山东大学;2013年

5 宋承立;基于氮杂并五苯的双极性有机半导体材料的合成与器件性能研究[D];兰州大学;2011年

6 高非;高双光子吸收截面有机半导体材料的设计、合成与表征[D];兰州大学;2010年

7 王静;噻吩修饰的有机半导体材料的分子设计、合成与性质研究[D];兰州大学;2010年

8 赵华平;吲哚[3，2-b]咔唑衍生物的设计、合成和半导体性能[D];山东大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘书利;新型二维共轭材料的设计合成及性能研究[D];南京邮电大学;2016年

2 焦冠源;有机半导体材料的合成及材料结构理化性质的研究[D];南京邮电大学;2016年

3 陈向洋;杂原子取代稠环并苯类材料的设计与传输性质的理论研究[D];首都师范大学;2014年

4 李旭东;并五苯类衍生物的合成与光电性能研究[D];天津大学;2015年

5 易文静;基于三种并三噻吩同分异构体的有机半导体材料的制备及其场效应性能研究[D];河南大学;2016年

6 时雅瑞;若干有机半导体材料中载流子传输性能的理论研究[D];河南师范大学;2016年

7 阳峰;氮杂并五苯类有机半导体材料的合成与表征[D];兰州大学;2012年

8 刘雨;有机半导体材料中电荷转移的理论研究[D];兰州大学;2015年

9 杨石;有机半导体材料特性测量及有机场效应管应用的研究[D];吉林大学;2004年

10 臧展展;新型含硅有机半导体材料的合成和性质研究[D];杭州师范大学;2013年

  本文关键词：若干有机半导体材料中载流子传输性能的理论研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：331315