半导体材料

半导体材料的类型。

半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。

半导体材料的晶体结构有金刚石型，闪锌矿型，纤锌矿型以及nacl型。而其中金刚石型的有si，金刚石，ge等。闪锌矿型的有gaas, zno,gan,sic等。

纤锌矿型有inn,gan,zno,sic等。nacl型的有pbs,cdo等。

半导体材料的基本特性。

半导体在受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化（热敏特性、光敏特性）。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。半导体材料的性质主要取决于半导体的能带结构和电子的运动规律。

有机半导体的晶体结构。

有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有双键结构。如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz轨道组成一对轨道（和），其成键轨道（）与反键轨道（）的能级差远小于两个轨道之间的能级差。

按照前线轨道理论，轨道是最高填充轨道（homo），是最低未填充轨道（lumo）。在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。当homo能级上的电子被激发到lumo能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。

有机半导体材料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。

在有机半导体材料分子里，键结构会扩展到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。

小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的共轭体系构成。常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等（如图2)，常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等类型。

事实上，由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结构类型可以说是无穷无尽的。

如前所述，无机半导体中的载流子是高度离域的，在外加电压的作用下会在连续的导带或者价带中定向移动。而在有机半导体材料中，分子与分子之间仅有微弱的范德华力，载流子的离域程度通常仅限于一个分子之内。只有在有机半导体的单晶材料中才会出现载流子在几个相邻分子之间离域的情况。

因此，在非晶态的有机半导体材料中，电荷在不同分子之间的传递要通过“跳跃（hopping）”的方式完成。跳跃传输的有效程度与相邻分子之间的重叠程度有关，重叠度越高，跳跃传输的速度越快。很显然，跳跃传输远不如无机半导体中的带传输有效，所以有机半导体材料中的载流子迁移率通常很低。

有机半导体的应用。

相对于无机材料，有机材料的最重要优势是其近乎无限的可修饰性。通过改变有机分子的分子构成及元素成分，有机材料的性能可以在很大范围内进行调整，也就更有机会充分接近实际应用的要求。因此，在功能材料方面，近年已经有大量原先采用无机材料的应用领域转用了有机材料。

例如显示器，早期的crt 显示器是用电子束扫描荧光粉来成像的，所用的荧光粉都是无机材料（如y2o3 : eu， y2o2s : eu 等）；而目前主流的液晶显示器中最主要的功能材料——液晶，则是典型的有机材料。

再如打印机及复印机的硒鼓，早期的硒鼓是硒材料一统江湖，而如今以有机分子作为光敏层的“硒鼓”已经占有相当大的市场份额。

当前大量采用有机半导体材料的主要有以下领域：

1. 光盘。当下主流的*** 光盘通常以花菁（显蓝绿色）及酞菁（显金黄色）为数字信息的载体。这些有机半导体材料在激光照射下会改变分子构型，从而完成0 和1 的记录。

2. 有机发光二极管，即oled。oled 以有机半导体异质结为基础，通过电子和空穴在异质结处的湮灭而发光。oled 可以制成柔性的、大面积的显示器。

3. 传感器。对有机半导体材料进行掺杂或者去掺杂会极大地改变其电性质，这个特点可以利用在传感器上，因为有许多待检测的气体本身可以作为有机半导体材料的掺杂剂。

4. 有机太阳能电池。在能源领域的应用，将是有机半导体材料的最有意义的应用，这也是惟华光能的主营业务。有机太阳能电池的工作原理与应用特点将在下一节中详述。

半导体材料

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