本项目前期在高迁移率有机半导体材料与有机晶体管器件研究工作中,发现同一异质结型有机晶体管具有累积型、耗尽型等多种不同工作模式。本项目拟通过异质结型有机晶体管的基本工作过程的研究,了解有机半导体异质结的基本性质,发展新型有机半导体材料及其新型有机晶体管元件,为发展有机半导体集成器件提供新类型的元件。
发现p-CuPc/n-F16CuPc异质结导电性增大现象,针对此现象设计系列实验并证明(1)导电性增大现象来源于自由电子和空穴积累在异质结界面,该异质结是累积型结;(2)空间电荷区厚度约10纳米,空间电荷密度达到每立方厘米10E+18,自由载流子密度达到每立方厘米10E+15;(3)自由电子累积在n-F16CuPc区,自由空穴累积在p-CuPc区,能带反向弯曲,内建电场方向是从p区指向n区。这些结果得到UPS测量结果的支持。在BP2T/F16CuPc体系获得同样得结果,说明累积结在有机异质结中广泛存在。采用热电子发射理论解释累积型结现象的产生原因,同时也解释无机异质结一般是耗尽型结的原因,并进一步推测电子和空穴累积/耗尽型异质结的存在,把异质结类型划分为(I)耗尽结、(II)累积结、(III)电子累积/耗尽结和(IV)空穴累积/耗尽结四类。以此理论为指导,实验上成功寻找到后两类有机异质结体系。综上所述,新理论扩展了异质结理论的范畴。系统研究了异质结形态结构与双极电输运性质之间关系,光滑异质结界面有利于载流子输运。以此为指导实现了空气稳定的、输运平衡的、高迁移率的有机双极晶体管。