《有机半导体异质结-晶态有机半导体材料与器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机半导体异质结-晶态有机半导体材料与器件（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划有机半导体异质结:晶态有机半导体材料与器件有机半导体材料1有机半导体材料的分子特征有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有?键结构。如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz轨道组成一对?轨道，其成键轨道与反键轨道的能级差远小于两个?轨道之间的能级差。按照前线轨道理论，?轨道是最高填充轨道，?是最低未填充轨道。在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。当HOMO能级上的电子被
2、激发到LUMO能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。有机半导体材料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。在有机半导体材料分子里，?键结构会扩展到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的?共轭体系构成。常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等并五苯型，三苯基胺类，富勒烯，酞菁，苝衍生物和花菁类。图3:几种常见的高分子有机半导体材料：聚乙炔型，聚芳环型，共聚物型。2有机半导体材料中的载流子我们知道无机半导
3、体材料中的载流子只有电子和空穴两种，自由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中传输。相形之下，有机半导体材料中的载流子构成则要复杂得多。首先，由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙通常较大，且电子亲和势较低，大多数有机半导体材料是p型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。无机半导体材料中的正电荷是高度离域、可以自由移动的，而有机半导体材料中的正电荷所代表的则是有机分子失去一个电子后呈现的氧化状态。因此，在有机半导体材料中引入一个正电荷，必然导致有机分子构型的改变。以结构最为简单的共轭聚合物聚乙炔为例和碳碳双键交替构成的，分子链上可以同时存在两种不同的分子构型，即图中的A相和B相，而这两相的能量是一样
4、高的。若聚乙炔分子链受到热激发，则链段的构型可以从A相克服扭转能垒转变成B相。当A相和B相在同一条分子链上存在时，在其接合处就会形成一个“畴壁”。A想和B想之间的畴辟代表了一种被激发的能量状态，并且能在分子链上进行传递，我们把它定义为“孤子”。孤子的形成，在聚乙炔的HOMO和LUMO能级之间引入了一个新的能级。对于中性的孤子来说，这个能级上有且只有一个电子，这个电子可以有两种不同的自旋状态；若孤子失去一个电子，则成为一个带正电荷的孤子；若孤子得到一个额外的电子，则成为一个带负电荷的孤子。带电荷的孤子倾向于与一个电中性的孤子结合，形成一个“极化”。在未掺杂的聚乙炔里，只存在中性的孤子，没有电荷的
5、载体，因此是一种绝缘体，不能导电。日本科学家白川英树发现，对聚乙炔进行氧化掺杂之后，聚乙半导体材料的类型。半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。半导体材料的晶体结构有金刚石型，闪锌矿型，纤锌矿型以及NaCl型。而其中金刚石型的有Si，金刚石，Ge等。闪锌矿型的有GaAs,ZnO,GaN,SiC等。纤锌矿型有InN,GaN,ZnO,SiC等。NaCl型的有PbS,CdO等。半导体材料的基本特性半导体在受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净
6、的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。半导体材料的性质主要取决于半导体的能带结构和电子的运动规律。有机半导体的晶体结构有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有?键结构。如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz轨道组成一对?轨道，其成键轨道的能级差远小于两个?轨道之间的能级差。按照前线轨道理论，?轨道是最高填充轨道，?是最低未填充轨道。在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。当HOMO能级上的电子被激发到LUMO能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。有机半导体材
7、料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。在有机半导体材料分子里，?键结构会扩展到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的?共轭体系构成。常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等”的方式完成。跳跃传输的有效程度与相邻分子之间的重叠程度有关，?重叠度越高，跳跃传输的速度越快。很显然，跳跃传输远不如无机半导体中的带传输有效，所以有机半导体材料中的载流子迁移率通常很低.有机半导体的应用相对于无机材料，有机材料的最重要优
8、势是其近乎无限的可修饰性。通过改变有机分子的分子构成及元素成分，有机材料的性能可以在很大范围内进行调整，也就更有机会充分接近实际应用的要求。因此，在功能材料方面，近年已经有大量原先采用无机材料的应用领域转用了有机材料。例如显示器，早期的CRT显示器是用电子束扫描荧光粉来成像的，所用的荧光粉都是无机材料；而目前主流的液晶显示器中最主要的功能材料液晶，则是典型的有机材料。再如打印机及复印机的硒鼓，早期的硒鼓是硒材料一统江湖，而如今以有机分子作为光敏层的“硒鼓”已经占有相当大的市场份额。当前大量采用有机半导体材料的主要有以下领域：1.光盘。当下主流的DVD光盘通常以花菁及酞菁为数字信息的载体。这些有
9、机半导体材料在激光照射下会改变分子构型，从而完成0和1的记录。2.有机发光二极管，即OLED。OLED以有机半导体异质结为基础，通过电子和空穴在异质结处的湮灭而发光。OLED可以制成柔性的、大面积的显示器。3.传感器。对有机半导体材料进行掺杂或者去掺杂会极大地改变其电性质，这个特点可以利用在传感器上，因为有许多待检测的气体本身可以作为有机半导体材料的掺杂剂。4.有机太阳能电池。在能源领域的应用，将是有机半导体材料的最有意义的应用，这也是惟华光能的主营业务。有机太阳能电池的工作原理与应用特点将在下一节中详述。XX级专题研究试卷1.解释p-n结的形成及光生伏特效应。在一块完整的硅片上，用不同的掺杂
10、工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就形成了p-n结。p-n结是构成各种半导体器件的基础。光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。2.简述半导体光催化在环境光催化和能源光催化中的应用。环境光催化方面：我们面临越来越严重的空气污染，来自工业生产、汽车尾气释放的有机气体造成了室内外的空气质量显著下降研究表明，利用TiO2光催化所产生的活性氧可有效地降解这些有机污染物，而且不产生二次污染。例如，在居室墙壁，陶瓷等建材表面，涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，不仅能减少空气中的微生物
11、和病菌污染颗粒，而且还能有效降解空气中的各种有害有机物质和臭味物质，净化室内空气，改善空气质量。能源光催化：以光催化制氢为例。目前的氢能还主要是依靠煤和天然气的重整来获得，这必然会加剧非可再生能源的消耗，而且还会带来环境污染问题。以水和生物质等可再生物资为原料，利用太阳能光催化分解水制氢的方法可以从根本上解决能源及环境污染问题，光催化分解水制氢已成为新能源探索的研究热点之一。3简述目前商业化的电化学能量存储系统有哪些，各自优缺点以及未来发展趋势？全钒液流电池：优点为，钒离子溶解于水溶液，在充、放电过程中，只发生钒离子的价态变化，因此充放电应答速度快；电解质溶液为水溶液，无潜在爆炸或着火危险，安
12、全性高；钒离子作为唯一的金属离子，离子环境单一，则增加其使用寿命；电池材料廉价，前期投资少。缺点是，电池总体效率低，占用体积大，设备容易被腐蚀，且对运行环境温度要求苛刻。钠硫电池：优点是，比能量高，理论比能量达760Wh/kg；充放电效率高；由于采用固态电解质，因此没有自放电，能量效率高；能耐XX次以上的充放电，寿命长，无污染。缺点是：钠硫电池不能过充与过放，需要严格控制电池的充放电状态；电解质变质或者受到破坏，容易在电池内部造成钠和硫的短路而烧毁；硫和钠在350时熔解，因此需要外接加热设备。锂离子电池：优点是，锂离子电池能量密度大，实际比能量大，使用寿命长，相比其他电池有明显优势，同时具有重
13、量轻、高低温适应性强、绿色环保等优点。缺点：有发生爆炸的危险，且其工作温度范围相对狭窄，管理要求高，且其价格昂贵，锂的储量有限，无法满足大规模储能的需求。趋势：目前市场上，全钒液流电池、锂离子电池、钠硫电池是最常用的储能的3种电池。随着对电池的性能、储能价格等要求不断提高，液态金属电池、质子交换膜燃料电池、钠离子电池等新型电池储能技术逐渐得到发展与应用。4我认识的纳米摩擦学。纳米摩擦学，也称为微观摩擦学或分子摩擦学，它是在原子、分子尺度上研究摩擦界面上的行为、损伤及其对策。纳米摩擦学在学科基础、研究方法、实验测试设备和理论分析手段等方面都与宏观摩擦学研究有很大差别。主要有以下几点：在研究仪器方
14、面，主要是扫描探针显微镜，它包括原子力显微镜、摩擦力显微镜以及专门的微型实验装置；在理论分析方面，由分子、原子结构出发，考察纳米尺度的表面和界面分子层摩擦学行为，其理论基础是表面物理和表面化学，采用的理论分析手段主要是计算机分子动力模型。而宏观摩擦学，通常是根据材料表明的体相性质在摩擦界面上的反应来表征其摩擦磨损行为，并应用连续介质力学，包括断裂和疲劳理论作为分析的基础。5纳米材料最主要的研究成果有哪些？1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10成为纳米技术研究的热点。被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。1999年，巴西和美国科学家在进行纳米
15、碳管强度和柔韧性实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于个病毒的重量。XX年4月王中林和博士生宋金会成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机纳米发电机。XX年石墨烯纳米材料取得了很大成功XX年蓝色发光二极管出现，使能源界发生了一场崭新的革命6简述研究生从事科研实验中的重要素质并结合自己情况简要说明。六大重要素质与能力：文献处理能力，实验设计能力，实验操作能力，写作能力，合作交流能力，申请基金能力。科研实验中，要遵守实验室的有关规定，要有严谨的科学态度，逐步提高科研能力和科研素质。自己的。7请列举一个有机命名反应并阐述其反应机理。Beckmann重排：肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排，生成相应的取代酰胺。反应机理：在酸作用下，肟首先发生质子化，然后脱去一分子水，同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上，所形成的碳正离子与水反应得到酰胺。8论述你对微纳加工的认识及其在现代微电子学中的重要作用。微纳加工技术是指加工形成的部件或结构本身的尺寸在微米或纳米量级，微纳米加工技术往往牵涉材料的原子级尺度，正是微纳米加工技术的发展促进了集成电路的蓬勃发展，。纳米技术是科技发展
