（凝聚态物理专业论文）金属聚合物金属结构中载流子输运动力学研究.pdf

摘要 摘要 近年来，随着实验手段的不断提高和理论研究方法的不断成熟，对有机导电 高分子材料的研究已经发展成为系统的多学科交叉的研究领域。作为一种新型的 功能材料，有机聚合物既具有金属和半导体的电子特性，又具有聚合物的易加 工、柔韧性、且价格低廉等优点，成为近年来的研究热点。另外，聚合物是软凝 聚态物质的典型代表，它的广泛研究推动了人类对有机体和生命物质的理解。 近2 0 年来，人们已经逐渐认识到有机聚合物丰富的功能特性，许多基于有 机聚合物的光电器件已经从单纯的实验兴趣转变为新兴的实用技术。目前，人们 已经研制出各种各样的有机光电子器件，如有机发光二极管，场效应管，光伏电 池等。这些器件的工作原理一般都是基于电荷注入、电荷传输以及电子一空穴对 复合这些物理过程。 有机聚合物具有不同于传统半导体的特性。首先，有机分子间的相互作用很 弱，它们大多具有准一维结构；其次，有机材料中存在着很强的电子一声子相互 作用，电子态和晶格态两者相互影响。因此，聚合物中的载流子不再是传统的电 子或空穴，而是电荷的自陷元激发，如孤子、极化子、双极化子等准粒子。聚合 物中的这些元激发在很大程度上决定着聚合物中的电荷输运，发光等物理性质， 并有助于人们理解聚合物的特性。由于这样的准粒子包括电荷和晶格畸变两部 分，在外场的作用下，电荷的运动必然拖拽晶格畸变一起运动。因此，研究聚合 物材料中载流子的形成过程及其在电场下的输运性质是有机材料中光电特性研 究的基础。 本论文基于紧束缚的s u s c h r i e f f e r - h e e g e r ( s s h ) 模型，对哈密顿进行了修 正，利用非绝热的分子动力学方法，模拟了载流子在金属聚噻吩金属结构中的 注入与输运，另外研究了载流子在开放的金属共聚物结构中输运的动力学过程， 最后讨论了带有相反电荷的载流子在金属耦合聚对苯乙炔链金属结构中的注 入与输运过程。本沦文具体的研究内容和主要结果如下： 1 载流子在金属聚噻吩金属结构中注入及输运研究 近2 0 年来，聚噻吩( p o l y t h i o p h e n e ( p t ) ) 1 三, 其独特的光电性质越来越受到人们 山东大学博士学位论文金属聚合物金属结构中载流子榆运动力学研究 的关注，并成为技术应用中一种重要的材料，例如发光二极管、非线形光学器件、 场效应晶体管等。因此针对与实际相对应的金属p t 金属结构的体系，研究载流 子在此结构中注入及输运的动力学具有重要的意义。 1 1 研究发现，通过调整施加在金属电极上的偏压、金属电极与盯间的界 面耦合以及施加在p 1 r 链上的电场，电荷能够注入到p 1 r 链中。在强的电子一晶 格相互作用下，注入的电荷形成波包，每个波包含有的电荷数量随注入条件的不 同在o 抛之间变化。另外，当无电场或者电场较弱时，注入的电荷在p r r 中形成 稳定的波包：在强电场下，注入的电荷快速运动到p t 的右端，并喷出至右金属 电极中，从而不能形成稳定的波包，即大的电场不利于波包的形成。喷出的电荷 也是非整数的，与注入的情况相似。 1 2 在相同的条件下，研究了双电荷在p t 链中的输运情况。发现注入的双 电荷在噻吩链中形成两个波包，每个波包包含的电荷量为l p ，为两个单极化子， 而不形成一个双极化子，这与聚合物的几何构型有关。 2 载流子在金属共聚物结构中注入及输运研究 作为有机导电聚合物的重要组成部分之一，共聚物在有机光电器件的研究中 已经引起人们越来越多的重视。并且近几年以有机小分子共聚物作为导电材料， 因其良好的整流特性，在分子电子学领域也引起了研究兴趣。关于共聚物电子结 构性质的研究，人们在理论和实验上开展了大量的工作，并得到了一些有价值的 结论，如有机量子阱和超晶格性质，能带可调的电子性质等等，这对于共聚物的 进一步研究和应用都具有一定的指导意义。本章以具有普遍意义的共聚物模型 - ( a r b ，k a r 为对象，研究了载流子在外电场作用下，在开放的金属共聚物结构 中的动力学输运性质。 2 1 研究发现共聚物的结构不同，注入电荷所需要的临界偏压不同，载流子 在共聚物中的运动情况也是不一样的。共聚物( p p p ) 小( m 。( p p p ) 。具有垒阱垒 结构，注入的电荷先在垒中形成波包，波包作为载流子在链中输运，在弱场下就 可以从垒中进入阱中，但只能局域在阱中：在中等强度的场强下，载流了能够越 过两种均聚物的界面进入到另一势垒中。 2 2 对于具有阱- 垒阱结构的共聚物( p t ) 研( p p p ) 一( p t ) 小，注入的电倚一般局 域在p r r 阱中，只有在强场下，载流子才能从盯阱中跃迁至p p p 垒巾，并最终 i l 摘要 达到动态的平衡。 3 带有相反电荷的载流子在金属耦合聚对苯乙炔链金属结构中输运研究 近年来，以有机聚合物如聚对苯乙炔( p o l y ( p p h e n y l e n ev i n y l e n e ) ( p p v ) ) 及其 衍生物为基础的多功能光电器件已经开发出。这些器件的工作原理一般都是基于 电荷注入、电荷传输以及电子一空穴对复合这些物理过程。其中载流子的输运包 含链内和链间跃迁，是影响器件发光效率的重要因素。对于载流子的链间跃迁来 说，这个过程必然包括电荷从一条链到另一条的跃迁，从而在接收电荷的链中产 生几何缺陷，在施与电荷的链中相应地产生电荷湮火效应。凶此，研究带相反电 荷载流子在金属耦合p p v 链金属结构中的注入与输运的动力学过程对于理解 器件发光的微观机制是非常有帮助的。 3 1 研究发现，在一定的偏压下，电子、空穴分别从左右电极注入到两条链 中。弱场下，注入的电荷分别在链中形成电子、空穴波包，并沿着各自的链运动； 中等强度的电场下，波包中的部分电荷将跃迁至近邻的链中，并与链中的剩余电 荷发生非弹性碰撞，在链中形成包含极化子和激予的混合态；强场下，注入的电 荷在链中快速运动并发生跃迁、碰撞，其中小部分电荷成为自由的电子，并能够 克服界面势垒而喷出至金属电极。 3 2 当链间耦合强度为零时，无论电场强度怎样变化，波包只在各自的链中 输运，不会发生链间跃迁。在一定的耦合强度和重叠长度下，载流子能否发生链 间跃迁关键在于电场的强弱。改变链间耦合强度和重叠区域的长短，载流子跃迁 所需要的临界电场基本不变。 关键词：金属聚合物金属三明治结构注入与输运波包非绝热动力学链间跃 迁 i i i a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s , w i t ht h ei m p r o v e m e n to fe x p e r i m e n t a li n s t r u m e n t sa n dt h e d e v e l o p m e n to ft h e o r e t i c a lm e t h o d s ，t h er e s e a r c ho no r g a n i cc o n d u c t i n gp o l y m e r s h a s b e e nd e v e l o p e di n t oas y s t e m a t i ca n dm u l t i d i s c i p l i n a r yf i e l d a san e wk i n do f 如n c t i o n a lm a t e r i a l ，c o n j u g a t e dp o l y m e r so rs m a l lo l i g o m e r sh a v eb e e nt h ef o c u s o f l er e s e 棚hw o r kb o t hb e c a u s eo ft h ep r o c e s s i n ga n dp e r f o r m a n c ea d v a n t a g e sf o r l o w - c o s ta n dl a r g e a r e aa p p l i c a t i o n t h eu n i q u ee l e c t r i c ，m a g n e t i c a n do p t i c a l p r o p e r t i e st h a to c c u ri nt h e s em a t e r i a l sh a v eb e e nr e a l i z e da n du t i l i z e d o nt h eo t h e r h a n d c o n j u g a t e dp o l y m e r sh a v ec o m m o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h es o f tc o n d e n s e d m a t t e r s a n dc 锄s e n ，e 私am e d i u mt ou n d e r s t a n do t h e ro r g a n i ca n d e v e nb i o l o g i c a lm o l e c u l e s i nt h ep a s tt w e n t yy e a r s , t h ea b u n d a n tf u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o n j u g a t e d p o l y m e r sh a v eb e e nc o g n i z e d m a n yp h o t o e l e c t r i c d e v i c e sb a s e do nc o n j u g a t e d p o l y m e r sh a v eo f f e r e dp r o m i s ef o ru s ei na p p l i c a t i o n sf r o me x p e r i m e n t n u m e r o u s h i g h p e r f o r m a n c ep h o t o e l e c t r i cd e v i c e sf a b r i c a t e df r o mo r g a n i cp o l y m e r sh a v eb e e n m a d ei n c l u d i n g l i g h t e m i t t i n g d i o d e s ( l e d s ) ，f i e l d e f f e c t t r a n s i s t o r s ( f e t s ) ， p h o t o v o l t a i cc e l l s ，e t c t h ew o r kp r i n c i p l eo ft h e s ed e v i c e si s m a i n l yb a s e do n p h y s i c a lp r o c e s s e si n v o l v i n g t h ec h a r g ei n j e c t i o n ，t h ec h a r g et r a n s p o r ta n dt h e c o m b i n a t i o no fe l e c t r o n h o l ep a i r s c o n t r a s tt ot h et r a d i t i o n a ls e m i c o n d u c t o r ，o r g a n i c m a t e r i a lh a si t su n i q u e p r o p e r t i e s f i r s t ，m o s to ft h ec o n j u g a t e dp o l y m e r sh a v et h eq u s i - o n e - d i m e n s i o n a l s t r u c t u r ed u et 0t h ew e a ki n t e r a c t i o nf o r c eb e t w e e nt h eo r g a n i cm o l e c u l e s s e c o n d ， o w n i n gt oi t ss o rp r o p e r t i e s ，t h e r ea r es t r o n ge l e c t r o n p h o n o nc o u p l i n g s i no r g a n i c s y s t e m s t h el a t t i c ed e f e c ta n de n e r g yb a n ds t r u c t u r ei n t e r a c te a c ho t h e r i ti sg e n e r a l l y b e l i e v e dt h a tt h e s es e l f - t r a p p i n ge x c i t a t i o n s ，s u c h a ss o l i t o n s ( o n l y i n t r a n s p o l y a c e t y l e n e ) ，p o l a r o n sa n db i p o l a r o n s ，a r er e l a t e dt o t h ec h a r g ec a r r i e r s1 n c o n j u g a t e dp o l y m e r s t h e s ee l e m e n t a r ye x c i t a t i o n s a r eo ff u n d a m e n t a li m p o r t a n c ef o r c h a t g et r a n s p o r ta n dp h o t o l u m i n e s c e n c eo fc o n j u g a t e dp o l y m e r ss y s t e m u n d e rt h e d r i v e no ft h ee x t e r n a le l e c t r i cf i e l d ，t h ec h a r g eg e t se n e r g ya n dm o v e sf i r s t l y ，a n da t t h es a m et i m ei tw i l ld r a gt h el a t t i c ea t o m st o m o v e s t u d i e so nt h ed y n a m i c a l p r o c e s s e so ft h e s ee x c i t a t i o n sa r ee l e m e n t st ou n d e r s t a n dt h eo p t o e l e c t r o n i c sf o rt h e a b s t r a c t w i t h i nt h et i g h t - b i n d i n gs u s c h r i e f f e r - h e e g e r ( s s h ) m o d e la n dan o n a d i a b a t i c d y n a m i ce v o l u t i o nm e t h o d ，w es i m u l a t et h ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r to fc h a r g ec a r r i e ri n m e t a l p o l y t h i o p h e n e ( p t ) m e t a ls t r u c t u r e i na d d i t i o n ，w eh a v ea l s oe x p l o r e dt h e d y n a m i cp r o c e s so fc h a r g ec a r r i e r si nm e t a l c o p o l y m e rs t r u c t u r e f i n a l l y , w ed i s c u s s t h ed y n a m i c so fo p p o s i t e l yc h a r g e dc a r r i e r s i nam e t a l c o u p l e dp o l y ( p - p h e n y l e n e v i n y l e n e ( p p v ) c h a i n s m e t a ls t r u c t u r e t h ed e t a i l e ds t u d ya n dm a i nr e s u l t sa r eg i v e n b e l o w 1 d y n a m i c so fc h a r g ec a r r i e ri n j e c t i o na n dt r a n s p o r ti nam e t a l p t m e t a l s t r u c t u r e i nt h ep a s tt w e n t yy e a r s ，w i t ht h eu n i q u ep h o t o e l e c t r i cp r o p e r t i e s ，p th a sb e e n a t t a c h e di m p o r t a n c et ot e c h n o l o g i c a la p p l i c a t i o n s s oi ti si m p o r t a n ta n ds i g n i f i c a t i v e t os t u d yt h ed y n a m i cp r o c e s s e so fi n j e c t i o na n dt r a n s p o r to ft h ec h a r g ec a r r i e r si n m e t a l p 1 r 抽e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r e 1 1t h ed y n a m i c a lf o r m a t i o no ft h ew a v ep a c k e ts e n s i t i v e l yd e p e n d so nt h e s t r e n g t ho fa p p l i e dv o l t a g e ，t h ee l e c t r i cf i e l d ，a n dt h ec o n t a c tb e t w e e np ta n dt h e e l e c t r o d e e a c hw a v ep a c k e tc o n t a i n sc h a r g e so - 2 ed e p e n d i n gu p o nt h ei n j e c t i o n c o n d i t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，w eo b t a i n e dt h a tt h ew a v ep a c k e ti sf o r m e di nt h e a b s e n c eo ft h ee l e c t r i cf i e l da n du n d e rw e a ko rm o d e r a t ee l e c t r i cf i e l d s f o ras t r o n g e r e l e c t r i cf i e l d ，t h ew a v ep a c k e tc a nb es t i l lf o r m e dw h i l ei tm o v e sr a p i d l yt ot h er i g h t p t m e t a li n t e r f a c e ，a n dt h ee l e c t r o n i cc h a r g ec a nb ee j e c t e df r o mp ti n t ot h er i g h t m e t a le l e c t r o d e f u r t h e r m o r e ，w ec o m p a r e dt h ee f f e c to ft h ea p p l i e dd i f f e r e n te l e c t r i c f i e l d so nt h ec h a r g ee j e c t i o n ，a n do b t a i n e dt h a tt h es t r o n ge l e c t r i cf i e l di si nf a v o ro f t h ec h a r g e se j e c t i o n ，a n dt h eq u a m i t yo fe j e c t e dc h a r g ea l s oi su n i n t e g e r 1 2w eh a v es t u d i e dt h ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r to ft w oc h a r g e si nm e t a l p t m e t a l s y s t e m 。t h ei n j e c t e dt w oc h a r g e sf o r mt w ow a v ep a c k e t si np tc h a i n ，t h eq u a n t i t yo f c h a r g ei ne a c hw a v ep a c k e ti s le t h et w ow a v ep a c k e t sa r et w os i n g l ep o l a r o n s ，b u t n o tab i p o l a r o n v 山东大学博士学位论文金属聚合物脸属结构中载流子输运动力学研究 2 s t u d yo nt r a n s p o r to fc h a r g ec a r r i e ri nm e t a l c o p o l y m e rs t r u c t u r e i n c r e a s i n ga t t e n t i o nh a sb e e np a i d t ot h er e s e a r c ho no r g a n i co p t o e l e c t r o n i c d e v i c e sb a s e do nc o p o l y m e r s , w h i c hi so n ek i n do ft h em o s ti m p o r t a n tp o l y m e r s g r e a td e a l so fs t u d i e so nt h ee l e c t r o n i cs t r u c t u r e so fc o p o l y m e r sh a v eb e e np e r f o r m e d b o t ht h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l y , a n ds o m ev a l u a b l er e s u l t s , e g ，t h ep r o p e r t i e s o fo r g a n i cq u a n t u mw e l la n ds u p e r l a t t i c e ，t h et u n a b l eb a n ds t r u c t u r e s ，e t c ，h a v eb e e n o b t a i n e d ，w h i c hi ss i g n i f i c a n tf o rt h ef u r t h e rs t u d i e sa n da p p l i c a t i o n so fc o p o l y m e r s f o rt h i sr e a s o n ，w es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dt h ed y n a m i c a lt r a n s p o r tp r o p e r t i e so f c h a r g ec a r r i e r sd r i v e nb ye x t e r n a le l e c t r i cf i e l d si nam e t a l c o p o l y m e rs t r u c t u r e 2 iw i t ht h ed i f f e r e mc o n f i g u r a t i o no fc o p o l y m e r , t h ec r i t i c a lv o l t a g et h a tm a k e s c h a r g e si n j e c t i n t oc o p o l y m e ri sd i f f e r e n t , a n dt h em o t i o no fc h a r g ec a r r i e r si n c o p o l y m e r i sd i f f e r e n tt o o t h e c o p o l y m e r - ( p p p ) m - ( p t ) , , - ( p p p ) 历- h a s b a r r i e r - w e l l - b a r r i e rs t r u c t u r e ，t h ei n j e c t e dc h a r g e sf o r mw a v ep a c k e ti nb a r r i e ra n d t r a n s p o r ti nc h a i n f o rw e a ke l e c t r i cf i e l d ，t h ew a v ep a c k e tc a nt r a n s f e rf r o mb a r r i e r i n t ow e l l ，b u to n l yl o c a l i z e si nw e l l ；f o rm o d e r a t ee l e c t r i cf i e l d s ，t h ew a v ep a c k e tg e t s t h r o u g hi n t e r f a c eo ft w op o l y m e ra n d e n t e r sa n o t h e rb a r r i e r 2 2f o rt h ec o p o l y m e r - ( p t ) 。( p p p ) 。- ( p t ) 研- w i t hw e l l - b a r r i e r - w e l lc o n f i g u r a t i o n ， t h ei n j e c t e dc h a r g el o c a l i z e si np tw e l l o n l yu n d e rt h es t r o n g e re l e c t r i cf i e l d ，c a l lt h e c h a r g ec a r r i e rj u m p o v e rp tw e l la n de n t e rp p pc h a i n 3 d y n a m i c so fo p p o s i t e l yc h a r g e dc a r r i e r si nam e t a l c o u p l e dp p v c h a i n s m e t a l s t r u c t u r e r e c e n ty e a r s ，c o n j u g a t e dp o l y m e r si n c l u d i n gp p va n di t sd e r i v a n th a v eb e e n w i d e l ya p p l i e di no p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s t h ec o n j u g a t e dp o l y m e r sa r eu s e da st h e l i g h t - e m i t t i n ga n dc h a r g e - t r a n s p o r t i n gl a y e r s ，i nw h i c he l e c t r o n sa n d o rh o l e sa r e i n j e c t e df r o mt h em e t a le l e c t r o d ea n dd r i v e nb yt h ee x t e r n a lf i e l d i na d d i t i o n ，t h e e f f i c i e n c yo fl e d sa l s od e p e n d sc r u c i a l l yo nb o t hi n t r a - a n di n t e r c h a i nt r a n s p o r t p r o c e s s e so ft h ec h a r g ec a r r i e r s f o rt h ec h a r g ec a r r i e rp i c t u r et oh o l de v e nf o r i n t e r c h a i nc h a r g et r a n s p o r t ，t h i sp r o c e s sm u s ti n v o l v eh o p p i n go fc h a r g ef r o mo n e a b s t r a c t c h a i nt oa n o t h e rf o l l o w e db yt h ec r e a t i o no fag e o m e t r i c a ld e f e c ti nt h ec h a r g e a c c e p t i n 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a c k e t s j u m p so v e rr e s p e c t i v e l yt ot h en e i g h b o r i n gc h a i na n dc o l l i d e sw i t ht h er e s i d u a lc h a r g e r e m a i n e di nt h ec h a i n t h em i x e ds t a t ew i t he x c i t o n sa n dp o l a r o n so ne a c hc h a i nc a l l b ef i n a l l yc r e a t e dd u et ot h ec o l l i s i o n f o rs t r o n g e re l e c t r i cf i e l d s ，t h ei n j e c t e d o p p o s i t e l yc h a r g e dc a r r i e r sm o v et o or a p i dt of o r ms t a b l ew a v ep a c k e t s t h ee x t e n d e d c a r r i e r sj u m po v e rr e s p e c t i v e l yt ot h en e i g h b o r i n gc h a i n s ，c o l l i d ea n di n d u c eal o to f s m a l ll a t t i c ev i b r a t i o n s f i n a l l y , t h ec h a r g e sg e ta c r o s st h ei n t e r f a c eo fp o l y m e r m e t a l a n de j e c t e di n t ot h em e t a le l e c t r o d e s 3 2i na d d i t i o n ，t h ei n t e n s i t yo fi n t e r c h a i nc o u p l i n ga n dt h eo v e r l a pl e n g t ho ft h e t w op p vc h a i n sh a v ei m p o r t a n te f f e c to nt h et r a n s f e ro fo p p o s i t e l yc h a r g e dc a r d e r s i nt h ea b s e n c eo fi n t e r c h a i nc o u p l i n g ，n om a t t e rh o wc h a n g et h ee l e c t r i cf i e l d ，t h e f o r m e dw a v ep a c k e tt r a n s p o r t so n l yi ne a c hc h a i n f o rc e r t a i nc o u p l i n gi n t e n s i t ya n d o v e r l a pl e n g t ho fi n t e r c h a i n ，t h ek e yo fi n t e r c h a i nh o p p i n go ft h eo p p o s i t e l yc h a r g e d c a r r i e r si st h ee l e c t r i cf i e l ds t r e n g t h e v e ni ft h ec o u p l i n gi n t e n s i t ya n do v e r l a pl e n g t h a r ec h a n g e d ，t h ec r i t i c a le l e c t r i cf i e l dt h a tm a k e st h eo p p o s i t e l yc h a r g e dc a r r i e r sj u m p o v e rt oa n o t h e rc h a i nr e m a i n si ss t e a d y k e y w o r d s ：m e t a l p o l y m e r m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r e ；i n j e c t i o na n dt r a n s p o r t ， w a v ep a c k e t ，n o n a d i a b a t i cd y n a m i c s ，i n t e r c h a i nh o p p i n g v i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：壅差盔 日期：蟹量尘 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蘧兰垄导师签名： 第一章前言 第一章前言 本章概述了有机共轭聚合物的研究进展，阐述了有机高分子聚合物的结构特点及其电， 磁、光等功能特性，同时也详细地介绍了聚合物中的各种元激发，并对金属聚合物金属三 明治结构中电荷注入与输运的研究现状作了分析，最后给出本文的理论方法和研究思路 1 1 有机共轭聚合物的功能特性 自上世纪7 0 年代，h e e g e r ，m a c d i a m i d 以及s h i r a k a w a 等人发现，通过掺杂可 将聚乙炔的导电率提高十几个数量级【l 3 】，变成良导体，导电聚合物的研究便引 起了人们极大的兴趣。有机共轭聚合物除了具有良好的化学、力学和电绝缘性能 而得到广泛应用以外，某些有机聚合物还具有丰富的电、光、磁等功能特性，利 用这些特性开发出来的多种功能材料和器件，我们称之为有机功能材料。随着人 们对有机共轭聚合物结构和特性认识的不断深入和提高，新型交叉学科一导电 高分子领域诞生了。目前导电高分子材料是国际上一个十分活跃的研究领域。它 已从初期的纯实验室研究扩展到应用研究阶段，成为新一代基础有机电子材料。 传统的无机材料制成的器件由于其加工要求和运行特性，现今已接近了尺寸 的极限。由于有机分子结构具有多样性，而且易于改变，便于制备分子器件，因 此用某些有机材料来代替无机材料成为解决此问题进的一条出路。一些科学家认 为，未来的具有双稳态功能器件的材料是碳基半导体和导体，电学和光学功能器 件的制作将以有机聚合物和生物蛋白质为主要材料。f t 前，某些有机聚合物已经 应用于电子器件或者电子器件的加工过程中，如聚合物场效应管、聚合物振荡器、 电子器件中的有机绝缘薄膜和结构支撑材料、集成器件光刻材料、计算机外同设 备、液晶显示、静电印刷，以及大量医学应用。超大规模集成电路的应j h j 材料也 从传统的无机材料( 如s i ，g a a s 等) 向有机材料扩展，全聚合物的完整电路已 经研制成功。用有机功能材料制作的集成电路具有许多无机材料不可比拟的优 点，如可以大大提高集成电路的集成度；由无机材料硅做成的计算机芯片其阵列 元素的尺度大约为0 1 微米左右，有机材料的单个分子的尺度为l 纳米左右，由 有机材料制作的集成电路，其线度比无机材料小1 0 0 倍，体积比无机材料小1 0 击 山东大学博士学位论文金属聚合物金属结构中载流子输运动力学研究 倍。 与传统的无机半导体材料相比，导电高分子聚合物除了具有无机材料的电子 性质外，还具有聚合物的易；0 n - r 、柔软性等机械特点。由于其制备简便，不需要 超真空，超高温等条件，一般在溶液中就可以合成，因此成本低廉。另外有机分 子结构多样，易变，容易光电集成。某些聚合物在电、磁、光等方面具有不同于 传统半导体或金属的独特性质。 导电高分子的发现改变了长期以来人们对高分子只能是绝缘体的观念，进而 开发出了具有光、电活性的被称之为“电子聚合物”的高分子材料，成为2 l 世 纪提供信息传递的新功能材料。目前为止某些聚合物的电导率接近甚至超过金属 铜( 铜的电导率为6 1 0 5 c m ) - 1 ) ，如1 9 8 0 年掺杂后的聚合物电导率达到 1 0 3 c m ) - 1 4 1 ，1 9 8 7 年达到1