多尺度下有机半导体中载流子的输运特性研究

有机共轭聚合物及其异质结材料在发光二极管、光伏太阳能电池、光探测器方面具有广泛的应用前景，但是迁移率低是制约这类材料器件应用的一个关键问题。本项目拟研究这种材料中载流子迁移率与材料微观结构和电子能态结构的关系，采用光电子能谱方法获取材料以及异质结界面能态结构信息，通过线性增加电压提取光生载流子法（photo-CELIV）、飞行时间法（TOF）、空间电荷限制电流（SCLC）、场效应管的电流电压特性（FET）等方法得到载流子在非平衡状态下浓度和迁移率在纳秒到毫秒范围随时间的变化和平衡状态下随温度和电场的变化规律，研究载流子迁移率从一维分子链内高迁移率的输运过程变化到宏观表观低迁移率的输运过程的物理机制，为有机共轭聚合物材料以及器件中载流子输运理论模型的建立和高质量光电器件的研制提供实验依据。

本项目任务是研究不同尺度下有机共轭聚合物半导体输运特性。由于技术原因，我们对课题内容做了调整。本项目在执行中按计划建设了场效应晶体管测试系统，用来测量有机共轭聚合物半导体的输运特性。该系统可以和制冷机、超导磁体以及单色仪结合进行温度、磁场和光调制。利用该测试系统和原有测试系统，我们研究了以下内容。1)聚合物多层膜压电增强效应，发现周期为2nm的多层膜的压电性增加了57%，2)自然氧化层对p型HgCdTe的输运特性影响，发现除了产生二维电子气外，择优氧化还产生n型体电子，3)石墨烯磁输运特性，首次在实验上观察符合经典无序网络电阻模型的线性磁组效应，4）在InGaAs/InAlAs量子阱中进一步验证非线性Rashba效应，5)F掺杂SnO2薄膜低温输运特性，6）(In,Zn)As/InAs反偏pn结中大磁电阻效应等。这些研究丰富了相关领域，也为本项目的后续研究提供可借鉴的经验。