有机二价阴离子多晶薄膜高霍尔迁移率和带状传输特性

发布时间：2024-06-13 16:19:04 栏目：精选知识

导读 该项研究由华南理工大学聚合物光电子材料与器件研究所、发光材料与器件国家重点实验室马宇光教授、蒋庆林教授以及华南理工大学物理系张江副...

该项研究由华南理工大学聚合物光电子材料与器件研究所、发光材料与器件国家重点实验室马宇光教授、蒋庆林教授以及华南理工大学物理系张江副教授领导。



与晶体无机半导体相比，有机半导体由于分子间相互作用较弱，如范德华相互作用、氢键、π-π相互作用等，表现出较低的载流子迁移率。分子间距离大，π轨道重叠小，电子离域困难。增加分子间π轨道重叠是提高有机半导体迁移率的关键途径。苝二酰亚胺及其衍生物(PDIs)在具有n型特性的有机半导体中得到了广泛的研究。具有苝大平面共轭结构的PDIs分子间相互作用强，有利于分子间电子离域，但同时也限制了该材料的溶解度。

针对这一难题，研究人员采用“电离诱导重构”策略，实现了分子间强π-π相互作用与溶液加工的完美结合，得益于PDI二价阴离子(PDI 2- )的电子结构和独特的分子间相互作用， PDI二价阴离子薄膜表现出较高的霍尔迁移率和带状传输特性。

研究人员发现，与中性态的PDI相比，PDI2-电子离域化程度更高，π-π相互作用更强(π-π堆叠距离更近，为3.25 Å)，形成有序排列的纳米线结构。PDI二价阴离子薄膜表现出室温电导率17 S cm -1，与中性态相比呈现p型传输特性。随着温度的降低，迁移率上升，在150 K时霍尔迁移率达到3 cm 2 V -1 s -1。强的π-π相互作用和高度离域的π电子促使形成了较宽的带宽。