有机电子学简介

1、有机电子学简介制作者：阳平袁书伟要点有机材料与电子学有机半导体和无机半导体的比较有机材料的光学特性有机材料的电学特性有机电子学的几个应用简介展望1.1什么是有机材料？有机材料:通常是指碳、氢、氮、氧几种元素以共价键形式构成的分子材料，少数还含有卤素、硫、磷等元素。有机材料中分子与分子之间主要是通过范德华力、分子间偶极作用等分子间作用力相结合。如图1所示，根据结构复杂性的不同一般分为小分子、聚合物以及生物分子。图1.有机材料按照结构复杂性进行分类 1.2有机材料与电子学有何关系？集成电路技术是微电子技术的核心，而有机材料是集成电路中不可缺少的关键性材料。 利用光化学反应进行图案转移的介质光刻胶，

2、这些光刻胶大部分都是有机材料。 聚酰亚胺，它们是典型的绝缘，钝化和牺牲材料。这类材料具有诸多优越性能， 包括优异的耐热性和化学稳定性、良好的绝缘性和介电性能、理想的成膜性以及简单的成型工艺等。 经典有机材料环氧树脂，它们常常被用于芯片的封装和绝缘层保护等。 应用在显示器和存储等产品中。总之，随着科学与应用的发展，有机材料的各种性能不断被利用，并在电子工业中发挥越来越重要的作用。2.有机半导体与无机半导体比较与传统的无机半导体材料如硅、砷化镓等相比，以碳原子为基础的有机半导体材料，在结构和性质方面的差异，总结如下：1、结构差异2、激子差异3、载流子差异4、一般物理性质差异3.有机材料的光学特性发

3、光是指材料吸收某种形式的能量而形成激子(即处于激发态的分子)后，再以电子辐射的形式回到基态的过程。来自于单线态激子的光辐射产生荧光，而来自于三线态激子的光辐射产生磷光。有多种方式可使材料收到激发而形成激子：光致发光，阴极发光，电致发光等等；通常，有机材料的光发射波长在可见光区域，但是也存在紫外区域或者红外区域发光的材料。有机材料的优越性之一：可以通过分子结构的裁剪实现整个光谱范围的发光。S S2 2图2.分子吸光与发光示意图 E Ee e振动能级振动能级v3v2v1转动转动r3r2r1S S1 1S0 紫外紫外荧光荧光磷光磷光T T2 2T T1 1可见可见 Ev Er红外红外单重态单重态 三

4、重态三重态系间窜跃系间窜跃4.有机材料的电学特性 有机材料的电学性能主要与载流子数量及其输运相关，有机分子中共轭的sp2杂化轨道的存在是其能够导电的前提条件。单双建交替的共轭键结构使得电子云相互重叠，导致电子的离域运动，从而使材料导电，因此共轭键结构提供了材料传输电荷(空穴或电子)的必要条件。当有机材料中存在共轭的sp2杂化轨道时，材料的能隙相对地小。因此，电子可以由分子的前沿轨道HOMO跃迁到空置LUMO轨道，提供导电的可能性。或者通过p/n型掺杂，使有机材料的HOMO/LUMO失去/获得电子，也为有机材料导电提供可能性。 在有机材料中，导电特性受它所包含的功能团的影响，同时有机材料的自组装

5、或者有序排列可增强电子的重叠，从而可进一步提高电荷传输能力。 有机材料内通常存在大量的缺陷，导致了材料的窄能带特征；同时有机材料的能隙普遍比无机半导体大，因此有机材料中载流子主要以跃进方式输运，从而也决定了这类材料具有较低的导电性能。绝缘绝缘 导导电电有机电子学的几个应用简介 有机场效应晶体管场效应晶体管是现代微电子技术中最重要的一类器件。利用有机薄膜来替代普通无机半导体材料制备的有机场效应晶体管（OFET）有很多优点，如：制造工艺相对简单、生产能耗有望减少、性能可以较简易地加以调节、价格低廉、可方便的实现大批量生产。OFET的性能如响应时间等不可能与硅晶片相比，但是基于OFET的廉价制备工艺

6、、大面积及可柔性的特点，它有可能成为低端且大需求量电子产品中的核心元件，如右图：有机电子学的几个应用简介 有机太阳能电池尽管目前无机太阳能电池的能量转化效率已经达到了25%以上，但是昂贵的成本及窄带隙半导体的严重光腐蚀限制了无机太阳能电池的实际应用；有机太阳能电池日益受到人们的重视，并得到不断发展。有机太阳能电池具有很多优点，包括柔韧性高，制作成本低，以及可得到的大面积均匀膜层等。有机电子学的几个应用简介 有机电致发光活性介质在电场的作用下产生的光辐射，称为电致发光。当夹在正极和负极之间的活性物是有机物时的电致发光，就称为有机电致发光。原理图见右图。有机电子学的几个应用简介 有机电致发光有机电

7、致发光的应用主要是信息显示。信息显示：目前占主导的平板显示产品是LCD，基于OLED技术的信息显示技术是理想的下一代平板显示技术。下图为近年来面世的基于有机致电发光的平板显示。有机电子学的几个应用简介 有机传感器和存储器有机材料除了具有介电性能外，还有半导体、导电、电光、电导等多种功能，可用来制作热敏、力敏、声敏、导电敏、光敏、等多种传感器。由于制备廉价、种类繁多及光电特性丰富等优点，有机材料成为很好的传感材料。右图为基于场效应晶体管器件的化学传感器。展望有机电子学是一门涉及多种学科领域的科学门类，它的产生与发展与当前有机电子材料和器件的迅猛发展密切相关。虽说经过短短的二十几年，有机电子学的发展速度惊人，但是应该看到它和无机材料相比