中文摘要：

有机半导体不仅能实现无机半导体相应的功能，并且有许多独特的优势，研究其中的载流子输运特性是目前最为核心的课题之一。由于有机材料中的声子和动态无序的特点，实验发现，有机半导体中的载流子输运过程存在一个明显的温度反常现象。基于这一现象，本项目提出了从基本理论框架入手，建立有推广性的理论模型来描述这一体系中的输运特性。我们的研究将集中在载流子迁移率与温度的关系、其初始运动的时间和温度依赖性、相干和非相干运动的结合与调控等几个极具科学意义的课题上。我们的研究计划分为两步完成，第一步是基于一个简化的模型来建立相应的理论框架，并据此来解释迁移率对温度的反常现象等；第二步则是将这一理论框架扩展到不同的实验中，如载流子输运的磁场效应等。通过这样的研究，我们期望能得到关于有机半导体中载流子输运特性的完整认识，并能对有机光电器件的研制和应用给予帮助。

结论摘要：

本项目的主要研究内容是有机半导体中的载流子输运特性，为了进行相关研究，我们的计划分为了两部分，分别是从微观的理论模型出发，计算载流子的跃迁等运动过程，以及从唯象的器件模拟出发，研究载流子的运动对有机半导体器件的器件表现构成的影响。经过三年的研究工作，我们获得了如下几点重要的研究成果（1）我们将势能面跃迁的计算方法引入到动力学无序模型中，研究了退相干效应对载流子输运过程的影响。我们的结果在不同参数范围内显示了正与负两种扩散系数与温度的依赖关系，这说明我们可以用一个理论框架同时给出能带输运和跃迁输运两种不同的输运特性，这为研究有机半导体中的载流子输运问题提供了一个有用的参考。（2）对于载流子在分子间的跃迁过程、以及有机磁电阻效应的机理问题，我们从自旋-玻色模型切入开展了我们的研究工作。自旋-玻色模型是一个形式上简单、但物理又非常丰富的模型，已有的研究方法在该模型上都有明显的局限性。本项目的研究工作主要是发展了两套分别基于密度矩阵重整化群和势能面跃迁的方法，这使得无论基态、激发态，还是动力学、热力学的性质，都能进行合理的研究。发展这两套方法本身，对于我们当前及今后的相关领域研究工作都有极大的裨益。而在本项目中，我们在此基础上研究了有机磁电阻效应的微观机理，并提出了一个基于局域自旋的理论模型，解释了小磁场及同位素效应。此外，我们还构建了一个量子热机模型，研究有机分子中的激子拆分问题。（3）在有机半导体器件层面的研究中，我们的理论工作深入到了“深水区”，也就是器件稳定性方面的研究。器件稳定性是之前的理论工作者不愿触碰的问题，原因是影响因素过多过复杂。我们在有理论与实验紧密结合的优势下，选择了啃器件稳定性这根“硬骨头”。我们在器件的记忆效应、器件衰减及表面损失、富勒烯的空穴漏电流等问题上，开展了多个理论与实验相结合的研究工作。在这些研究工作中，我们已经初步掌握了影响有机半导体器件稳定性的几个关键因素，如有机层疏松特性引起的金属渗漏、紫外引起的金属功函数变化、受主与金属电极的界面等。这些认识能够帮助我们在器件生长等方面进行更好地控制，以获得效率更高的器件。