红荧烯和聚丁二炔电学性质的实验研究

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有机半导体由于具有成本低、可利用溶液法加工和可弯曲等优点,其在柔性电子产品中具有巨大的应用前景。在过去几十年中,尽管有机半导体的电学性能有了显著的提升,但是对有机半导体电荷输运机理的理解仍然缺乏。在本论文中,我们制备了高质量的有机小分子单晶和有机半导体聚合物,用它们来研究有机材料的本征输运性质和电荷掺杂对其电学性质的影响。通过对这些材料电学性能的详细研究,我们对有机半导体的电荷输运机制提出了新的见解。首先,我们对物理气相传输法生长的红荧烯单晶的生长条件(如温度、流量计速率等)进行了优化,得到了高质量的红荧烯单晶。我们通过光学显微镜和X射线衍射仪来表征红荧烯单晶的生长状况,之后通过制备空气间隙结构的场效应晶体管来测量红荧烯单晶的本征迁移率,其最高迁移率可以达到10 cm2V-1S-1这个数量级。此外,我们通过拓扑化学聚合法制备了半导体聚合物聚二碘二炔(PIDA)。通过真空退火或置于溶液蒸汽中的方式对其进行处理可以改变PIDA的电学性质,这是石墨化导致的,PIDA的电导率在石墨化后可以提升几个数量级。我们对PIDA进行了低温电输运测量,发现其表现出一维莫特变程跳跃电导或Efros-Shklovskii变程跳跃电导的特性。因为PIDA的电导率对哌啶气体浓度有响应,所以我们可以用PIDA来检测一些特定的气体。对于另一种聚合物PC10-COOH,我们用不同方法研究了其薄膜的制备,并利用原子力显微镜表征了薄膜的表面形貌。其薄膜具有很高的导电率。
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