在有机半导体材料中，分子之间仅有微弱的范德华力，载流子的离 域程度通常仅限于一个分子之内。只有在有机半导体的单晶材料中才会 出现载流子在几个相邻分子之间离域的情况。因此在非晶态的有机半导
体材料中，电荷在不同分子之间的传递要通过“跳跃（Hopping）”
方式完成。跳跃传输的有效程度与相邻分子之间的π键重叠程度有关， 重叠度越高，跳跃传输的速度越快。
由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙 （即 LUMO 与HOMO 的能级差）通常较大，且电子亲和势 较低，大多数有机半导体材料是 p 型的，也就是说多数 材料只能传导正电荷。 这个正电荷代表有机分子失去一 个电子（通常是 HOMO 能级上的电子）后呈现的氧化 状态。
空穴型（p型）有机半导体
(HOMO能级较低,电子离化势较大,有利于接收注入的空穴)
1.有机场效应晶体管（OFET）
自 1987 年第一个 OFET 的成功研制至今, OFET 技术发展迅速, 无论 是材料研究还是器件制备工艺都取得了较大的突破。
2007 年底美国佐治亚理工大学采用 C60薄膜利用室温工艺制作出高 性能场效应晶体管, 器件的电子迁移率高于非晶 Si 材料, 且阈值电压较 低, 开-关比值较大, 工作稳定性也较高。
上升的过程，与此同时，磁化率在相当范围内几乎 为0。这表明，导致电导率上升的载流子不是一般 导体或半导体中的电子和空穴。
弱有序，分子大→无定型结构→载流子迁移率低
无定型结构的有序程度不同，导致分子的能级状态 不同，会不同程度形成类似晶体材料能带结构的能级有 序排列。通常将存在一定能隙的有机半导体材料的 LUMO能级与传统半导体的导带底能级相对,将HOMO 能级与传统半导体的价带顶能级相对。
它定义为“孤子（Soliton）”。
在二聚化基态聚乙炔中,电子在周期为2a的周期势场中运动,电子波函 数是延展态的Bloch波,它们的能级构成导带和价带。当激发起孤子后,畴壁 范围内晶格原子的位移破坏了原来的周期性势场,出现了局域在畴壁范围 内的畸变势场,电子在此畸变势场作用下形成定域电子态。定域电子态的 能级将是分立的,位于禁带中央。
日本科学家赤松、井口等 人发现掺Cl的芳香族碳水 化合物的薄膜中能产生电 流，导电率0.1S/cm，于 是首次提出了有机半导体 这一概念
黑格、马克迪尔米 德和白川英树等人， 通过掺杂使聚乙炔 薄膜成为良导体， 从而出现了导电聚 合物，可与铜媲美
美国Kodak公司研究实 验室C.W.Tang（华裔科 学家邓青云博士）等用 有机小分子薄膜材料研 制成有机发光二极管
日本研究人员使用一种 含有有机半导体C8－ BTBT的墨水和一种促 进有机半导体结晶化的 墨水，先后进行喷涂， 解决了半导体涂层不均 匀的问题
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p型杂化：[CH]n + 3x/2 I2→ [CH]nx+ + xI3-
n型杂化：[CH]n + xNa→ [CH]nx- + xI3-
实验表明： 在有机高分子中，掺杂导致电导率有一个快速
2009 年, 日本东北大学的研究人员采用液相外延工艺成功生长了近乎 无缺陷的并五苯单晶, 他们继而采用该单晶制成一种 OFET。
2010 年 1 月法国 CNRS和 CEA 的研究人员开发出一种能够模仿神经 元突触主要功能的纳米粒子有机存储场效应晶体管( NOMFET ) , 为新 一代神经激发计算机系统设计提供了一条新思路。
在学术界与工业界的共同努力下, 有机半导体材料与 技术研究不断取得新的进展, 这一领域已成为一个汇集了 物理、化学与材料科学等学科的多学科交叉研究领域, 工 艺技术不断取得新的突破, 预示着有机半导体革命的到来。
当前, 采用有机半导体已可制作各种类型的有源器件 和无源器件, 如晶体管、二极管、OLED、传感器、存储 器、显示器、电池、电阻、电容、电感和天线等。
OLED电视的实用化水平已达到相当程度, 市场占有率也在不断提高, 随着 制造成本的大幅降低, OLED 电视将成为千家万户必不可少的家用电器。此外, OLED 技术还将有助于电子报纸开发, 人们将不需每天都购买报纸。建筑物玻 璃窗将增添更多新的功能, 采用 OLED 技术的玻璃窗在电源关闭状态时与普通 玻璃窗并无区别, 而接通电源后即可变成显示器或广告栏。汽车挡风玻璃的功 能也不再只是阻挡风沙, 它还 能为司机提供导 航图或其他信息帮助。
真空环境
旋涂印刷的方法就可实现
1.柔性，大面积（软屏幕） 2.制备简便（无需高真空、高温……） 3.分子结构多样易变（可材料设计） 4.光电一体（导电、透明、发光） 5.分子器件（单个有机分子→单元器件→1纳米， 超大规模集成电路，尺度已达0.1um）
1.器件寿命、稳定性等还有待于进一步研究、提高 2.应用领域也有待于进一步扩大
有机半导体器件具有易加工、成本低、功耗小等许多无机半导体器件所 不具备的优点, 因而有着极具潜力的应用优势。但与无机半导体器件相比,有 机半导体器件在性能、使用寿命和制作工艺等方面上还需要进一步的优化和 完善。
有机分子主要由C、H、O、N等轻元素组成,分子间的相互作用弱而 电子-晶格耦合作用强,因此,载流子的迁移容易引起分子的形变,导致 分子结构的重组。有机半导体中的载流子是伴随着这种分子形变而
产生的自陷态元激发,如孤子、极化子和双极化子等。
以结构最为简单的共轭聚合物——聚乙炔为例：
聚乙炔分子结构畸变示意图
RFID 被称为本世纪的十大技术之一，但是高成本一直制约着这项 技术的普及和发展, 低成本有机RFID 标签技术的研究和发展有望解决 这一问题。目前全球都还处于探索阶段, 但对其发展前景普遍看好。
微芯片上的传感系统 催生了“芯片实验室”这一新概念，具有这一 特征的器件主要应用领域包括医疗和环境监测等领域。采用“芯片实 验室”平台可以将分析用的所有元器件制作在一个完整的集成系统中 来简化系统、降低成本。许多不同类型的有机传感器系统已经问世, 如 集成化学、温度和压力传感器、电子鼻、电子舌、光扫描仪以及盲人 专用的电子布莱叶传感器等。
反式聚乙炔中,A相和B相互为镜像,结构相同,能量简并。 顺式聚乙块的A相和B相能量是不相同的。
若聚乙炔分子链受到热激发，则段的构型可以从A 相克服 扭转能垒转变成B 相。当A 相和B 相在同一条分子链上存在时， 在其接合处就会形成一个“畴壁”。A 相和B 相之间的畴壁代表 了一种被激发的能量状态，并且能在分子链上进行传递，我们把
对于中性孤子来说，这个能级上有且只有一个电子，这个电子可以有 两种不同的自旋状态；若孤子失去一个电子，则成为一个带正电荷的孤子 （孤子能级上没有电子）；若孤子得到一个额外的电子，则成为一个带负 电荷的孤子（孤子能级上有两个电子）。带电荷的孤子倾向于与一个电中 性的孤子结合，形成一个“极化（Polaron）”。
(OLED)
1954
1974
1977
1986
1987
1990
日本科学家白川英 树等人首次聚合成 聚乙炔薄膜（绝缘）
Tsumura 等人首次应用 聚噻吩有机半导体材料 作为有源层制备得到 OFET。当时得到的器件 载流子迁移率很低，但 自此揭开了 OFET 的研 究热潮
英国剑桥大学 Cavendish实验室 J.H.Burroughes等在 NATURE 上发表文 章，报道他们研制 成功聚合物有机发 光二极管（高分子）
有机半导体的性质、研究现状、应用
2014/5/8
1.概念及性质 2.研究史 3.导电机理 4.研究现状与发展趋势 5.制备与加工
有机半导体材料是指电导率介于有 机绝缘体和有机导体之间的一类有机化 合物材料。其电导率一般为 10-10～102Ω / cm。
它主要是一类包含π共轭结构的有 机小分子和聚合物。
2.有机太阳电池（OSC）
与第一、第二代太阳电池相比, 有机太阳电池更轻、更薄, 在同等 体积展开后的受光面积大大增加, 因此将其应用于通信卫星可提高光电 利用率。有机太阳电池还以其轻薄柔软易携带的特点, 成为微型电脑、 数码播放器和无线鼠标等小型电子设备的电源。
轻薄柔性是有机太阳电池最大优点, 其最大不足是效率低、寿命短。
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人们逐渐将研究重点转移 到薄膜的形态结构控制、 界面态、器件集成有机半 导体上
J. Kalinowski小组 首次报道了有机发 光器件的磁场效应
未来充满无限可能
1997
2000
2003
2011
……
美国Bell实验室 J.H.Schon（舍恩）等 在Nature上报道他们用 自组装分子单层研制 成有机分子场效应管, 推动了分子电子学的 新进展,被评为当年国 际十大科技成就之一。
OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、 反应速度快、较易彩色化，应用范围属于中小尺寸面板。WRGB技术 则是把红、绿、蓝有机发光体在玻璃面板上垂直蒸镀，使二极管整体 发白光通过色彩提纯技术来表现色彩信息的方式。此方式是适合大尺 寸OLED电视面板及呈现高清晰度的技术。
4.射频识别标签、有机传感器及集成智能系统
孤子能级上的电子状态
反式聚乙块具有双重简并的基态,可以产生孤子元激发。 对具有非简并基态聚合物,如顺式聚乙炔、聚噻吩、聚对苯撑等,其元激 发不是孤子，而是极化子。
以聚噻吩为例，其基态包括两种能量不同的构型，分别称为“芳香式”和“菎 式”
极化子由一对孤子组成。
极化子与双极化子就是大多数有 机半导体材料中的主要载流子。
有机半导体与无机半导体的对比
无机半导体
有机半导体
原子间结合力 共价键和离子键为主 以范德瓦耳力为主
结构 载流子
柔性
严格的晶格结构 电子与空穴 不能实现柔性器件
分子结构多样、易变 孤子、极化子、双极化子 能实现柔性器件
环保
易形成电子垃圾
可以回收再利用
工艺
复杂，多需要高温、 工艺相对简单只要真空蒸镀甚至