_
其中的半导体还包括：
无机半导体：
如： 纯净的硅或锗（属于单质材料）
单晶硅片（上）和硅锭（下）
又如化合物类半导体： CdSe、CdS、CdTe、 CuInSe2、CuInGaSe等 ZnO、TiO2、GaAs、GaP、 InP、GaN、ZnS等
有机半导体：
特征：主要的基本单元含π-电子，具有共轭性
材料的载流子本征迁移率 Intrinsic mobility
本征迁移率概念的提出是基于一些实验观察。
R.G. Kepler, Phys. Rev. 1960, 119, 1226. Charge carrier production and mobility in anthracene crystals 新意主要包括： 1、脉冲光生载流子 2、变温迁移率测试 左图说明了迁移率可随温度而改变， 低温下表现出更高的迁移率。
S
0.8
Si S C4H9 C4H9
n
0.8
Absorption (au)
Absorption (au)
0.6
0.6
0.4
0.4
紫黑
300 400 500 600 700 800
0.2
红色
400 500 600 700
0.2
0.0
0.0 300
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
其中的导体还包括：
金属：电导率很高，三维导体
①最外层电子轨道中存在自 由电子（价电子） ② 三维对称晶体结构
石墨：二维导体
+
半导体掺杂：也能良好导电
p-型掺杂：多数载流子为空穴 或 n-型掺杂：多数载流子为电子 重要实例即为半导体硅或锗的掺杂 (如: heavily doped n- or p-wafer)
3.6. Sonogashira Coupling 炔氢与芳卤化合物之间的偶联
+
Si H H
Pd(PPh3)2Cl2 I I CuI, Et3N Si n
4、有机半导体材料的吸收光谱与颜色
1.0 1.0
0.8
C8H17
C8H17
n
0.8
Si
Absorption (au)
Absorption (au)
Br
Br n
2010年诺贝尔化学奖: “钯催化的交叉偶联方法”使碳原子联结 3.2 Heck Coupling Richard F. Heck Born: 1931, USA Affiliation: University of Delaware, USA 芳卤与烯氢间脱卤化氢偶联
O O
Br
Br n
注意： 1、半导体掺杂不适合用作光电器件中的活性层。 2、通常无法对半导体掺杂来提高迁移率。
重要的英文单词
Mobility 迁移率 （ high carrier (hole or electron) mobility） Carrier (hole or electron) transport 载流子迁移 Charge transport 电荷迁移 Electron transfer 电子转移 Electron delocalization 电子离域 Electron localization 电子定域
Polydithienosilole
喹啉
O N
Al
N O N
O N
N
Ga
O N
O N
N
In
O N
O
O
O
Alq3
有机半导体材料的分子构筑实例（5）
芴
H3C
CH3
H3C
CH3
H3C
CH3
C8H17 聚芴
C8H17
n S H13C6 C6H13 S Si S C6H13 C6H13 S n
芴－silole共聚物
碳60，C60，fullerene， buckminsterfullerene
3、反应性中间体及其人名反应
3.1. Yamamoto Coupling 芳卤化合物脱卤偶联
1. Ni(COD)2, biPy, COD N N toluene-DMF, 80o, 24h 2. PhBr, 80o, 24h 97% N N
0.0 300
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
发光的重要类型
1) 激发发光的方式： • • 光致发光 (photoluminescence)：光诱导激发态 电致发光 (electroluminescence)：电诱导激发态
2) 发光寿命长短： • • 荧光 (fluorescence)：寿命短，纳秒级 磷光 (phosphorescence)：寿命长，微秒、毫秒级 荧光材料与磷光材料
二、认识有机半导体
石墨烯：单层石墨
1. 有机半导体材料的分类
简单分类法 1) 按分子量大小： • • 小分子类有机半导体（分子量几百到几千） 聚合物类有机半导体 （分子量变化大，可由几千 到几百万）
2) 按化学结构 比较复杂和难准确分类，常用的结构描述包括： 含(?)的化合物、含(?)的配合物、含(?)的聚合物 等
本征迁移率可以看作材料的极限迁移率。 目前已知的一些影响材料迁移率的因素： 1、结构因素 化学结构、分子的平面性、分子的聚集有序度 2、其它因素 温度、缺陷或陷阱（如杂质、氧气等） 因此，应十分慎重宣称得出了材料的本征迁移率，某些情况 下称“更趋于本征迁移率为好”。 获得“更趋于本征迁移率”的方法： ①低温、 ② 没有陷阱（traps，如杂质、氧），通常为单晶 ③ 特殊的纳米器件
噻唑
有机半导体材料的分子构筑实例（1）
氮原子 N
N H3C
N
N
N
CH3
N N N N N
N N N N
硅原子
Si
Si Si
有机半导体材料的分子构筑实例（2）
双键（烯）
O
O 聚对苯撑乙烯撑
n 聚乙炔
n
三键（炔）
n
聚对苯撑乙炔撑
有机半导体材料的分子构筑实例（3）
并四苯（tetracene）
CH芳环：
+
Br 87-97% R
Si R
3.4 Suzuki-Miyaura Coupling
Akira Suzuki Born: 1930, Japan Affiliation: Hokkaido University, Japan
芳卤与硼酸（酯）化合物之间的偶联
(HO)2B R
Si R
B(OH)2
+
Br
-HCl -HBr
O
O
3.3. Negishi Coupling
Ei-ichi Negishi Born: 1935, Changchun, China Affiliation: Purdue University, USA
锌试剂与芳卤化合物之间的偶联
PdCl2(PPh3)2 THF ClZn R Si R ZnCl
“更趋于本征迁移率”的结果举例
1、R.G. Kepler, Phys. Rev. 1960, 119, 1226. Charge carrier production and mobility in anthracene crystals
垂直于蒽的ab轴平面的方向： μh = 0.4 cm2/V s, μe = 0.3 cm2/V s 在蒽的ab轴平面上： μe (a or b axis) = 2.0 or 1.3 cm2/V s
本课程是光电材料与器件的交叉科学，半导体材料的迁移率对光电器件的性能 具有决定作用，有机半导体材料的结构对载流子迁移率具有决定性的影响。 本课程的目的：对影响材料性能和器件性能的载流子迁移过程有深入的认识。
第一章 有机半导体材料的载流子 迁移特性、机制
一、材料的导电能力
1、材料的导电能力 导电性能：材料按电导率的大小可分为： 1）导 体： 2）半导体：电导率10−9(Ω−1cm−1) 3）绝缘体：电导率更低，如普通的塑料、陶瓷等
三、半导体材料的载流子迁移能力
1、半导体材料：本身应十分缺乏自由存在的载流子， 否则不能作为半导体材料来使用。 2、半导体材料中载流子的形成包括： 电极注入载流子和光诱导的载流子。 3、不同材料的载流子迁移能力有很大的差异。 按迁移性能的不同可分为：高迁移率半导体和低迁 移率半导体。 无机半导体材料代表： GaAs单晶：104 cm2/V s 单晶硅：102~103 cm2/V s 多晶硅：101~102 cm2/V s 无定型硅：100~101 cm2/V s 无机半导体纳米材料 有机半导体材料代表： 纯净的单壁碳纳米管~105 cm2/V s 小分子：Pentacene、α-6T、C60、 众多平面型共轭分子。 聚合物：P3HT等
聚芴
0.6
H13C6
C6H13
H3C
CH3
n
0.6
共聚物1
0.4
白色
400 500 600 700
0.4
0.2
0.2
黄绿
400 500 600 700
0.0 300
0.0 300
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
1.0
H13C6 C6H13
1.0
S H3C 共聚物2 Si CH3 S n
咔唑
CH2 CH N n N C6H13 聚(2,7-咔唑) PVK n N C6H13 聚(3,6-咔唑)17C8
C8H17
N S
N
n
Si H17C8 C8H17
S N S N
S n
苯并噻 二唑
F8BT
PSiF-DBT
H3C N N H17C8 C8H17 S N S