有機(jī)磁電阻效應(yīng)的微觀機(jī)理研究.pdf

1、隨著有機(jī)半導(dǎo)體材料在有機(jī)電致發(fā)光器件、光伏電池和場(chǎng)效應(yīng)管等器件中的廣泛應(yīng)用，這些材料中載流子的自旋特性以及材料在磁場(chǎng)下的表現(xiàn)逐漸引起人們的關(guān)注。有機(jī)材料的自旋弛豫時(shí)間較長(zhǎng)，因而是研究自旋操縱的理想材料。研究有機(jī)材料中載流子的自旋行為，不僅有利于將自旋應(yīng)用于科技產(chǎn)品，而且有利于從理論上深入了解有機(jī)材料中的各種自旋相關(guān)現(xiàn)象。由于外加磁場(chǎng)可以改變有機(jī)半導(dǎo)體器件的注入電流、光電流、光致發(fā)光、電致發(fā)光等，有機(jī)半導(dǎo)體器件在磁場(chǎng)作用下的光電特性成為近

2、十幾年來(lái)一個(gè)備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。
　　 有機(jī)磁電阻是有機(jī)材料表現(xiàn)出的一種典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。有機(jī)材料在室溫和低磁場(chǎng)(～10mT)下的電阻變化率可達(dá)10％以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)無(wú)機(jī)非磁材料的室溫磁電阻率。自從2004年Francis報(bào)道相關(guān)工作以來(lái)，世界各地的實(shí)驗(yàn)和理論工作者對(duì)此展開(kāi)了深入的研究。但到目前為止，對(duì)有機(jī)磁電阻的產(chǎn)生機(jī)理還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本論文基于有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)特性和有機(jī)磁電阻的典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析有機(jī)磁電阻的相關(guān)理論，將描述非晶

3、態(tài)材料的逾滲理論與現(xiàn)有的雙極化子理論結(jié)合，分析磁場(chǎng)對(duì)載流子濃度和躍跳躍遷移率的影響，在空間電荷限制電流框架下，深入研究了有機(jī)磁電阻的微觀機(jī)理。論文共分為五章，主要內(nèi)容如下：
　　 第一章，首先介紹了有機(jī)材料的磁場(chǎng)效應(yīng)和有機(jī)自旋電子學(xué)等背景知識(shí)，總結(jié)了有機(jī)材料在弱磁場(chǎng)作用下的各種特性，包括器件電阻、光電流、光致發(fā)光和電致發(fā)光等特性的磁場(chǎng)效應(yīng)。然后系統(tǒng)地介紹了有機(jī)磁電阻現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及其實(shí)驗(yàn)和理論研究進(jìn)展，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模型進(jìn)行了

4、分類和對(duì)比分析。最后分析了需要解決的問(wèn)題，給出了本論文的研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介。
　　 第二章，結(jié)合有機(jī)材料的無(wú)序性，詳細(xì)介紹了適用于有機(jī)材料的電學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)。首先了介紹了有機(jī)半導(dǎo)體材料中的電子狀態(tài)、態(tài)密度和分子間躍遷幾率，然后給出了本文涉及到的空間電荷限制電流模型和逾滲理論，最后詳細(xì)討論了溫度、載流子濃度和電場(chǎng)對(duì)有機(jī)材料中載流子遷移率的影響。
　　 第三章，首先分析討論現(xiàn)有磁場(chǎng)作用理論，明確磁場(chǎng)對(duì)電流的影響形式，即磁場(chǎng)影響載流

5、子濃度配比和載流子遷移率。然后在空間電荷限制電流模型下討論載流子濃度配比變化對(duì)有機(jī)磁電阻的貢獻(xiàn)，得出負(fù)的有機(jī)磁電阻；其次，討論磁場(chǎng)影響載流子遷移率的方式，即存在磁場(chǎng)時(shí)的自旋相關(guān)散射；最后，結(jié)合逾滲理論討論載流子遷移率變化對(duì)有機(jī)磁電阻的貢獻(xiàn)，得到磁場(chǎng)遷移率表達(dá)式和正的有機(jī)磁電阻，進(jìn)而討論電子相互作用、溫度、電壓、器件厚度等參數(shù)對(duì)有機(jī)磁電阻的影響。
　　 第四章，首先回顧現(xiàn)有有機(jī)磁電阻符號(hào)轉(zhuǎn)變的相關(guān)理論和典型實(shí)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)有理論對(duì)實(shí)驗(yàn)

6、現(xiàn)象的分析，得出揭示有機(jī)磁電阻微觀機(jī)理的重要結(jié)論。其次討論了缺陷態(tài)對(duì)有機(jī)磁電阻的貢獻(xiàn)，解釋了單極注入器件中電子和空穴器件所表現(xiàn)出的磁電阻差異。第三，結(jié)合第三章討論的正負(fù)磁電阻圖像，得到同時(shí)包含正負(fù)磁電阻因素的統(tǒng)一有機(jī)磁電阻表達(dá)式，并對(duì)涉及磁電阻符號(hào)轉(zhuǎn)變的典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了擬合分析。最后，結(jié)合三重態(tài)激子與載流子的相互作用及其與其它元激發(fā)之間相互轉(zhuǎn)化，初步討論了三重態(tài)激子對(duì)有機(jī)磁電阻的影響。
　　 第五章，對(duì)論文工作成果和不足之處進(jìn)