有機半導體是具有半導體性質的有機材料，即導電能力介于金屬和絕緣體之間，具有熱激活電導率且電導率在10^-10～100S·cm^-1范圍內的有機化合物。這類材料包括單分子短鏈的低聚物和有機聚合物，以及半導體小分子如多環(huán)芳族化合物，并五苯、和紅熒烯等。有機半導體的電流載流子主要是空穴和電子的π鍵，且這些材料通常具有較低的流動性。
歷史
有機半導體的研究始于1862年，Henry Letheby獲得了部分導電材料陽極氧化的苯胺硫酸，該材料可能是聚苯胺。1950年代，研究人員發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳香烴化合物是由電荷轉移配位化合物的半導體鹽類鹵化而成的。1954年，-碘配合物的高電導率0.12 S/cm闡明了有機化合物可以承載電流。1972年，金屬導電性中的電荷轉移絡合物TTF-tcnq被發(fā)現(xiàn)，而在1980年，超導電荷轉移復合物在Bechgaard鹽（TMTSF）2PF6首次被報導。1963年，高導電率的氧化聚乙炔被報導，而1974年，約翰·麥金尼斯和他的同事報告了工作有機聚合物的電子設備。1977年，Shirakawa等人報告了聚乙炔在鹵化時的高導電性，他們因此獲得了2000年諾貝爾化學獎。
有機半導體分類
有機半導體可分為有機化合物、聚合物和給體-受體配位化合物三類。
- 有機物類，包括芳香烴、染料、有機金屬化合物，如紫精、酞菁、孔雀石綠、羅丹明B等。此外，半導體小分子還包括多環(huán)芳族化合物，并五苯、蒽以及紅熒烯。
- 聚合物類，包括主鏈為飽和類聚合物和共軛型聚合物，如聚苯、聚乙炔、聚乙烯咔唑、聚苯硫醚等。此類還包括聚（3-己基噻吩）、聚（對亞苯基亞乙烯基）以及聚乙炔及其衍生物如聚吡咯和聚苯胺。
- 電荷轉移螯合肥，由路易斯堿與電子接受體二部分組成，典型的有四甲基對苯二胺與四氰基二甲配位化合物。電荷轉移復合物往往表現(xiàn)出類似于無機化合物半導體的傳導機制。
有機半導體可用摻雜方法改變其導電類型和電導率，容易摻雜的例子有聚苯胺（歐明創(chuàng)）和PEDOT:PSS，因此也被稱為金屬有機化學。
應用
剛性骨干的有機半導體現(xiàn)在在光電儀器中被廣泛使用，如有機發(fā)光二極管（OLED）、有機太陽能電池、有機場效應晶體管（OFET）、電化學晶體管和生物感測等。有機半導體具有制造簡單、機動性靈活、成本低等優(yōu)點。
處理
小分子的有機半導體和半導電性聚合物在處理過程上有明顯的不同。水溶性共軛聚合物的薄膜可以通過溶液處理方法來制備，而小分子通常需要通過真空升華處理沉積。濕式涂布技術可以應用到小分子，但在某些程度上取決于對材料的溶解度。
表征
有機半導體的表征包括光學、電子、化學和結構特性。光學性質可以通過紫外-可見光吸收值的分光光度計和光致發(fā)光譜分光光度計來描述。半導體膜的外觀和形態(tài)可以用原子力顯微鏡（AFM）和掃描電子顯微鏡（sem）來研究。電子特性如游離能可以用紫外光電子能譜學（UPS）來探測。有機半導體的電運輸特性可以用飛行時間（TOF）和空間電荷限制的技術來檢驗。
電荷在有機半導體內無序的傳輸
有機半導體電荷傳輸依賴于π鍵軌道和量子力學波函數(shù)的重疊。在無序的有機半導體材料中，電荷載流子的傳導通常稱為跳頻運輸，依賴于能隙“HOMO和LUMO”之間的能級。載流子的遷移依賴于電子或空穴移動到大量相似的能階，并因此再經(jīng)過的區(qū)域更快或更慢的跳頻。理論研究表明，有機半導體的電導率在低電場是與T^-1/4成比例，而在高電場則與e^-(E/aT)成正比。
參考資料 >