科研之友
微信
新浪微博
Facebook
分享链接
摘要
有机半导体在实现低成本和柔性电子器件方面具有很大的前景,但现在仍然缺乏能够有效地描述有机半导体中电荷传输的理论。目前在有机半导体材料和器件的研究当中,主要借鉴了无机半导体中的能带概念,用分子轨道理论中能级的概念来解释实验现象并进行器件结构的设计。但无论是在微观的分子结构、界面效应、载流子传输过程还是宏观的介电常数、迁移率方面,有机半导体与无机材料都有很大的差异。另一方面由于分子微观结构不均匀和界面效应复杂,宏观的器件性能往往与材料表征结果差别巨大,但常规的衍射和显微技术难以直接研究在分子尺度上的电荷注入和传输,表观的电荷输运特性测试也无法追踪器件的稳健性。因此,开发一种能够直观可视地观察有机半导体中载流子动力学过程的新型表征方法对于更深入地理解真实器件的物理本质和表征材料的光电性质至关重要。本文我们介绍三种基于共聚焦拉曼光谱技术的原位表征方法:1,表面增强拉曼实现沟道载流子三维分布的可视化。利用表面增强拉曼散射对电压的响应,将银纳米粒子引入并五苯薄膜中并进行原位拉曼成像,从二维SERS成像截面中观察到了沟道夹断点,且根据夹断长度计算得到的器件阈值电压和直接电学测试的结果非常接近。银纳米粒子具有明显的电荷存储效应,从原位SERS光谱中峰位和强度的变化中可以追踪电荷存储释放过程。通过改变银纳米粒子在活性层中的深度进一步探测了垂直于沟道方向的电势分布,实现了晶体管沟道电势和载流子浓度的三维分布可视化并首次通过实验方法估算了晶体管超薄沟道层厚度。2,共轭离子态掺杂膜的离子物种空间分布与导电性。离子态会对有机半导体器件的电学性能产生重要的影响。拉曼光谱法可以追踪苝酰亚胺（PBI）自掺杂膜内离子态物质在大气环境下的时间演变过程。在共聚焦模式下,对自掺杂膜进行深度序列测试,获得了不同离子态在不同深度处的分布情况。通过激光光源的调节,共振拉曼光谱大大提高了光谱的纵向分辨率。3,多元原位成像技术表征有机发光二极管工作过程。在器件工作的同一个区域,通过激光光源的改变,获得PL（532nm激光器）、EL（器件自发光）、拉曼（785nm激光）成像图,通过不同条件成像图的差别可以深入的分析在器件的工作过程中的变化情况。共聚焦成像技术具有高的空间分辨率,可以观察到普通显微镜下无法直接看到的结构缺陷。通过不同光谱和成像的比较,可以观察到不同区域聚集形态的不同,不同聚集形态在不同电压下,发光剖面的变化等常规测试手段无法观察到的信息。
-
单位华南理工大学; 发光材料与器件国家重点实验室
