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摘 要

Abstract II

第一章 研究现状 1

1.1有机材料和无机材料的不同 1

1.2空间电荷限制电流和注入限制电流 2

1.3影响扩散电流的因素 2

第二章 高斯分布和指数分布 5

2.1高斯无序模型 5

2.2指数态密度 6

2.3扩展高斯无序模型 7

2.4有机半导体器件中载流子损失机制的起源 8

第三章 扩散电流对器件的影响 10

3.1扩散限制电流的分析模型 10

3.2陷阱辅助复合影响的理想因子 17

3.3理想因子和爱因斯坦关系式 20

致谢 24

参考文献 25

双注入器件空间电荷限制电流中扩散电流对器件的影响

摘要

有机半导体作为光电器件的主要组成部分目前非常有吸引力，如有机电致发光器件和光电二极管。我们已经广泛研究了这种二极管漂移系统的输运特性，而扩散主导机制最近才引起了人们的注意。有机器件偏压下一般表现为空间电荷限制电流特性，其载流子对电流的贡献可以分为漂移电流和扩散电流两个成分。在大的电压下，载流子在高电场下漂移已经得到理论上的合理解释，然而扩散电流在小的偏压下常常无法得到现有理论解释。通过数值求解我们发现，当势垒从0.5 V到0.8 V变化时，扩散电流间数量级的差异可以达到10⁵。随着载流子迁移率从10^-9变化到10^-2 m²Vs^-1，我们发现扩散电流间数量级的差异正比于迁移率，约为10⁴。当偏压增加时，对应于不同载流子浓度和温度扩散电流间数量级的差异逐渐趋于减小，其中在偏压为0.2 V以及载流子浓度从10²² m^-3变化到10²⁸ m^-3时，扩散电流间数量级的差异达到10⁵~10⁶左右。同时我们也注意到在小的偏压下理想因子和器件厚度对于扩散电流的影响并不明显。最后，通过对比本文模型和肖特基经典模型，我们可以得到用于判断朗之万还是缺陷态载流子复合类型的理想因子。

关键词：空间电荷限制电流 有机半导体 扩散电流

Influence of Diffusion-driven Current of Space-Charge Limit Current in Double Injection Device

Abstract

Organic semiconductors as a major component of optoelectronic devices are currently very attractive, such as organic electroluminescent devices and photodiodes. We have extensively studied the transport characteristics of this diode drift system, and the diffusion-dominated mechanism has recently attracted attention. At the same time, the contribution of the carrier to the current can be divided into two components: the drift current and the diffusion current. At large voltages, the drift of the carriers at high electric fields has been reasonably explained theoretically, but the diffusion current is often unable to obtain the existing theoretical explanation under a small bias voltage. By numerical solution we find that when the barrier changes from 0.5 V to 0.8 V, the difference in magnitude between the diffusion currents can reach 10⁵. As the carrier mobility changes from 10^-9 to 10^-2 m²Vs^-1, we find that the magnitude difference between the diffusion currents is proportional to the mobility, which is about 10⁴. When the bias voltage increases, the difference between the different carrier concentration and the temperature diffusion current is gradually reduced, where the bias voltage is 0.2 V and the carrier concentration changes from 10²² m^-3 to 10²⁸ m^-3, The difference between the magnitude of the diffusion current is about 10⁵~10⁶. At the same time, we also note that the effect of the ideal factor and the device thickness on the diffusion current at small bias is not significant. Finally, by comparing the model and the Schottky's classical model, we can get the ideal factor for judging the Langevin or defective carrier recombination type.

Key words：Space-charge limited current Organic semiconductor Diffusion current

第一章 研究现状

1.1有机材料和无机材料的不同

在当今社会，能源是人们日常生活生产得以顺利开展最重要的因素之一。目前不可再生能源比如煤炭等是当今世界最主要的能量来源，同时也是最主要的环境污染因素之一，因此发展环保可再生的资源成为了当今社会最为紧迫的任务之一。于是清洁能源逐渐成为世界能源开发的主要方向，其中太阳能资源是人们研究的重点之一。令人欣慰的是随着世界上第一个太阳能光电转化硅电池的研究成功且经过几十年的研究开发积累，我们已经能够实现太阳能的大规模高效利用。然而太阳能电池目前并没有得到有效的开发。究其原因主要是成本问题，到目前为止太阳能利用成本远高于传统的化石燃料。

随着上世纪七十年代出现了导电高分子，人们研究并发展了有机电子学这一新兴学科。无机材料的有关性能的提高和尺寸的减少已变得不可能。与之相反的是，有机半导体材料种类繁多且广。更具有意义的是有机半导体的价格比无机太阳能电池显得十分低廉，如果研制成功高效的有机半导体材料，这对于替代目前高污染的化石燃料是十分有利且无阻力的。与无机材料相同，有机半导体材料可完成存储，光电转换和信息显示等功能。这可以有效利用有机半导体的价值和潜力。

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