《有机半导体材料与器件》课程教学大纲

有机半导体材料与器件课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：（中文）有机半导体材料与器件； （英文）Organic semiconductor materials and devices所属专业：物理学专业、微电子科学与工程专业及光信息科学与技术类专业课程性质：专业选修课程学 分：3课 时：54课时（二）课程简介、目标与任务；有机半导体材料与器件是一门新兴交叉和前沿学科，是将电子科学与有机材料科学紧密结合在一起的一门尖端学科。它凭借着有机光电材料及半导体材料独特的分子特性、软物质行为和超分子结构，已成为继真空电子、固体电子、光电子之后的国际研究热点。当前有机半导体材料与器件研究已经从基础研究走向产业化开发，并渗透到许多领域而迅猛发展，为人类文明与科学技术的进步做出日益突出的贡献。本课程研究有机半导体材料及其光电子器件，讲解光电信息技术领域中有机半导体材料与器件所涉及的相关原理、技术及应用，是一门发展极为迅速、实践性很强的应用学科。学习本课程的目标是掌握有机材料及器件的基本理论、器件原理，了解该领域的最新成就和应用前景，进一步拓宽专业口径，扩大知识面，为学生将来进入有机电子、信息科学领域打下基础。课程根据专业的特点，重点掌握目前有机光电功能材料与器件基本工作原理及其技术、了解和掌握最新国际发展趋势，使学生获得对有机半导体光、电子器件分析和设计的基本能力，掌握分析和解决实际问题的方法与途径，重视理论与实践的结合，以便为进一步开展有机光、电子相关研究奠定基础。（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；本课程涵盖多学科领域，其中主要的学科是半导体物理学、半导体材料学，同时还需要具备有机化学和半导体器件的基本知识，并且还要应用半导体平面工艺技术等，因此本课程需要先修的课程包括：半导体物理、有机化学、半导体材料、半导体器件及半导体工艺等。（四）教材与主要参考书。教材：分子材料与薄膜器件，贺庆国、胡文平、白凤莲等编，化学工业出版社， 2010主要参考书：1. 黄春辉等，光电功能超薄膜，北京大学出版社2. 朱道本等，有机固体，上海科学技术出版社3. 黄春辉等，有机电致发光材料与器件导论，复旦大学出版社4. M. Pope, Clarendon Press，Electronic processes in organic crystals，Oxford 5. Joseph Shinar,Organic light emitting devices, Springer6. 马丁.波普，有机晶体中的电子过程，上海科学技术出版社7. 高观志等，固体中的电输运，科学出版社8. 黄维等，有机电子学，科学出版社二、课程内容与安排课程简介（绪论）第一章 有机材料与电子学 1.1 有机材料概念及发展简史 1.2 电子学与有机材料 1.3 有机半导体与无机半导体比较 1.4 有机光电材料中的电子过程及相关性质 1.5 有机电子学及其应用 1.5.1 有机场效应晶体管（Organic field effect transistor，OFET） 1.5.2 有机太阳能电池（Organic photovoltaic cells ，OPV） 1.5.3 有机电致发光器件（Organic electroluminescence devices， OELD） 1.5.4 有机传感器和存储器（Organic sensor，OS；Organic memory，OM）第二章 有机材料中的电子结构 2.1 有机分子内成键及相关概念 2.1.1 固体物质的成键方式 2.1.2 原子的电子轨道和电子云 2.1.3 原子之间的杂化轨道 2.1.4 键与键，单键、双键与三键，饱和键与不饱和键 2.1.5 价电子、电子、电子和n电子 2.1.6 典型实例：化学成键与材料性质2.2 有机材料的电子结构及相关理论简介 2.2.1 分子轨道理论（molecular orbital theory，MO理论） 2.2.2 配位场理论 2.2.3 能带理论 2.3 有机材料中电子能级第三章 有机材料分子间作用力及其晶体堆积方式3.1 分子作用力3.2 有机分子晶体结构第四章 有机材料中与光、能量相关的概念及电子过程4.1 分子内光激发态及其衰变过程4.2 聚集分子中的激发态及衰变特点（指晶体、固体时的特点）第五章 光跃迁规律5.1 光跃迁本质5.2 光跃迁选择法则5.3 Franck-Condon原理（Franck-Condon Principle）5.4 Einstein方程：激发过程与辐射过程之间的关系5.5 光吸收强度分布5.6 光的发射效率及激发态寿命5.7 物质的发光5.7.1 发光物质体系5.7.2 有机发光材料第六章 激子6.1 激子的产生6.2 激子的分类6.3 激子输运能量传递转移6.4 激子扩散6.5 激子的动力学过程第七章 有机材料中与电学性能相关的概念及电子过程7.1 有机材料电学性质研究历史7.2 描述电学性质的基本概念7.3 有机材料中载流子类型7.3.1 光生载流子7.3.2 非本征激发-掺杂型载流子（另一个是杂质缺陷型）7.3.3 注入型载流子7.4 导电有机材料第八章 有机半导体器件（专题讨论）（一）教学方法与学时分配1、 教学方法：（1） 以课堂讲授为主，充分利用教材，围绕知识点组织教学内容；（2） 多媒体教学：PowerPoint讲稿、Movie演示；（3） 考试：闭卷笔试。2.学时分配：（4） 本课程共54学时，讲授7章，课堂专题讨论1章。各章节的学时分配如下：绪论（2学时）第一章（6学时）第二章（8学时）第三章（6学时）第四章（10学时）第五章（6学时）第六章（6学时）第七章（8学时）第八章（2学时）（二）内容及基本要求主要内容：以学科特点和创新能力培养为基础设计课程内容，加强理论概念和技术应用的讲授，重点讲授有机光电材料中的电子过程及相关性质、有机材料中的电子结构及相关理论、有机材料分子间作用力及其晶体堆积方式、有机材料中与光、能量相关的概念及电子过程、光跃迁规律、激子的产生输运理论及其动力学过程以及有机材料中与电学性能相关的概念及电子过程；引导学生自主搜索和阅读相关文献，让学生大胆提出自己的见解，并在课堂上进行讨论典型的有机光电器件（有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机光伏电池、有机存储器、有机激光、有机传感和有机光电探测器等）的原理、结构、材料、性能参数以及制造工艺。【重点掌握】：有机光电材料中的电子过程及相关性质、有机材料中的电子结构及相关理论、有机材料分子间作用力及其晶体堆积方式、有机材料中与光、能量相关的概念及电子过程、光跃迁规律、激子的产生输运理论及其动力学过程以及有机材料中与电学性能相关的概念及电子过程；【掌握】：有机光电器件的原理、结构、材料、性能参数以及制备工艺；【了解】：有机半导体材料与器件的发展历程、最新进展及应用前