有機分子晶體中載流子遷移特性的理論研究.pdf

1、有機分子晶體是一種新型半導體材料,在有機場效應晶體管,有機發(fā)光二極管,有機太陽能電池等領域有著重要應用前景。有機分子晶體的有序結構使其與共軛聚合物相比遷移率更高。然而,有機分子晶體的輸運機理目前仍不清楚,還存在著諸多爭論。因此,對其載流子輸運機制的研究具有非常重要的意義。
　　電聲耦合表征電子與晶格之間的相互作用強度,是有機材料的一個重要特征物理量。在分子間電聲耦合作用下,由于溫度引起的分子熱運動導致分子間的躍遷積分發(fā)生明顯變化,

2、破壞系統(tǒng)的平移對稱性。重整化能量表示有機分子在得失電子過程中分子變形導致的能量變化,對有機分子晶體的輸運性質具有重大影響,由此引入分子內電聲耦合?；诖私⒛Ｐ凸茴D量并結合分子動力學方法從擴散角度計算研究電聲耦合對有機分子晶體中輸運性質的影響。
　　計算結果顯示:隨著分子間電聲耦合的逐漸增強,有機分子晶體載流子遷移率表現(xiàn)出先增高后降低的變化規(guī)律。遷移率隨著電聲耦合的變化出現(xiàn)極值點,并且由于溫度影響體系的無序性,導致極值點對應的分

3、子問電聲耦合強度隨著溫度變化。遷移率隨著分子內電聲耦合的變化規(guī)律亦是先增大后減小。在體系中電聲耦合起著兩方面作用:一方面,電聲耦合增強有利于電子與晶格的能量交換,電子從晶格獲得更多能量,電子熱輔助躍遷過程增多,從而提高體系的載流子遷移率;另一方面,電聲耦合增強使得體系的無序性增加。其中分子間電聲耦合使體系的熱無序性增強,而分子內電聲耦合使體系的在位能無序性增強,既安德森局域化作用變強。兩者都不利于電子在有機分子晶體中運動,從而使得載流子

4、遷移率降低。這說明在弱耦合區(qū)域,電子與晶格的能量交換起著主要作用,載流子遷移率隨著電聲耦合的增強而增大;在較強耦合區(qū)域,電聲耦合導致無序性占主要地位,從而使有機分子晶體中載流子遷移率隨著電聲耦合增強而減小。
　　在模型中引入分子內電聲耦合之后,系統(tǒng)遷移率數(shù)值發(fā)生改變,但并未影響其隨著分子間電聲耦合變化的趨勢。仍是由于分子間電聲耦合引起的熱輔助躍遷過程和熱無序對系統(tǒng)遷移率的雙重影響,導致遷移率隨分子間電聲耦合增強而先增大后減小。