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华南师范大学周国富教授团队刘飞龙副研究员Phys. Rev. Applied:金属电极和分子掺杂无序有机半导体间肖特基接触的形成

2023-03-09

国家新型显示技术创新中心反射式显示创新平台牵头单位华南师范大学周国富团队刘飞龙课题组通过文献解读并供稿本公众号,文献内容如下:


近日华南师范大学华南先进光电子研究院彩色动态电子纸研究所周国富团队刘飞龙副研究员课题组提出了一种描述金属电极与分子掺杂无序有机半导体肖特基接触的半分析模型。该模型是由经典无机半导体肖特基接触模型改进而来的,在考虑了有机材料中定域化载流子、能级无序以及电离掺杂分子和束缚在其周围的电荷载流子形成的电荷转移复合物(ICTC)的影响后可以很好地再现掺杂无序有机半导体肖特基接触的形成过程。


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当半导体与金属电极之间有较大注入势垒时便会形成肖特基接触,在OLED中由于能级不匹配的现象,肖特基接触非常常见,且对OLED的性能造成显著影响。刘飞龙等人使用三维动力学蒙特卡洛(3D-KMC)模拟方法系统研究了平衡条件下金属电极与分子掺杂无序有机半导体之间形成的肖特基接触,发现其耗尽层宽度WD 显著低于传统无机半导体的预期宽度。


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 图 金属电极与掺杂无序有机半导体在平衡状态(V=0)下形成的肖特基接触中的耗尽层宽度WD 随(a)掺杂浓度NDa3,(b)注入势垒高度e∅Bn,(c)能级无序度σ,(d)相对介电常数εr和(e)温度T变化的函数。曲线分别是使用不同半分析模型的计算结果,黑点是3D-KMC模拟的结果,红点是使用默认参数3D-KMC模拟的结果。


为了解释此种差距,刘飞龙团队在传统的无机半导体耗尽层模型的基础上进行修正。在考虑了有机材料中载流子定域化、能级无序以及由于库伦相互作用导致电荷载流子被束缚在电离掺杂分子附近形成整数电荷转移络合物(ICTC)等因素的影响后,新模型可以很好地描述有机半导体耗尽层宽度随注入势垒、能级无序、掺杂浓度、相对介电常数以及温度的变化。


刘飞龙团队提出的新模型还可以很好地描述偏置电压下金属-有机半导体-金属器件的J(V)特性以及器件内部电压降分布情况。最后他们还通过3D-KMC模拟证明了无序有机半导体器件中较低的电荷载流子迁移率导致了肖特基接触形成过程比传统无机半导体器件慢得多,其特征时间从微秒量级到几十毫秒不等。


相关成果以题为“Schottky-Contact Formation between Metal Electrodes and Molecularly Doped Disordered Organic Semiconductors”发表在PHYSICAL REVIEW APPLIED上。华南师范大学刘飞龙副研究员与周国富教授为共同通讯作者。华南师范大学于立帅(2020级硕士生)为本论文第一作者。张青清(2020级硕士生)、边正品(2020级硕士生)、复旦大学左光正研究员、荷兰Simbeyond公司Harm van Eersel博士、荷兰埃因霍温理工大学Peter A. Bobbert教授、Reinder Coehoorn院士为共同作者。


该工作得到了广东省青年人才项目、国家重点研发计划项目(No.2021YFB3600601)、国家自然科学基金(No.62005083)、广州市科技计划项目(No.2019050001)、广东省领军人才计划(No.00201504)、教育部长江学者和高校创新研究团队计划(No.IRT 17R40)、广东省光信息材料与技术重点实验室(No.2017B030301007)、2019年广东省招聘外国专家计划资助(No.191900017)、国家绿色光电子国际联合研究中心、教育部光信息国际合作联合实验室和111计划的支持。

 

 

 

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