高压下有机半导体Alq_3的电输运性质和结构性质研究

【摘要】有机半导体材料Alq3具有良好的传输能力，在真空条件下可以制备成致密的薄膜，且稳定性良好，荧光量子效率高，这些特点使其在有机发光二极管的应用中占据着重要地位。通过研究其电输运性质，对拓展Alq3的应用范围、优化有机半导体器件的光电性能等方面提供重要的指导意义。本论文是结合多种原位高压实验技术，利用金刚石对顶砧装置（DAC）进行了原位高压同步X光衍射实验、拉曼散射实验和交流阻抗谱测量实验，系统研究了高压下Alq3结构性质的变化和电学性质的变化，具体的研究结果如下：第一，通过对Alq3进行X射线衍射实验发现：在整个测试的压力范围内，随压力的增加所有的衍射峰峰强在减弱并且向高角度平移。在2.5GPa出现新的衍射峰，表明样品发生了致密相的转变；在15.0GPa之后，衍射峰的数量明显减少，我们认为样品的三维结构发生了平面化造成的；在卸压后，样品的衍射峰基本都回归到了相变之后的状态，说明结构的平面化过程是可逆的。第二，通过对Alq3高压拉曼散射实验的研究发现：在整个测试的压力范围内，所有的拉曼峰向高波数区频移，拉曼峰峰值减弱并且谱线展宽。在2.8GPa处，拉曼峰右移趋势明显，但是峰强却相对增强且出现一个新的拉曼峰，应该是发生致密化相变导致的，这与高压X射线衍射实验的结果一致；在11.2GPa之后，几乎所有的拉曼峰都已经消失，说明晶体的三维立体结构发生了平面化转变。在卸压后，拉曼振动模式都回归到了相变之后的状态，表明平面化的过程是可逆的，没有发生化学变化，这种结果与高压X射线衍射实验的结果一致。第三，通过Alq3交流阻抗谱随压力变化关系的研究发现：在测试的整个压力范围内，复阻抗图谱中只有一个圆弧，晶粒传导是主要的传导机制。对于有机分子晶体，电阻随压力变化的原因主要有两个：（1）随着压力的增加分子间距减小，最高占据分子轨道（HOMO，HighestOccupiedMolecularOrbital）和最低未占分子轨道（LUMO，LowestUnoccupiedMolecularOrbital）能级之间的带隙减小，带间载流子输运效率增强，从而使电阻减小；（2）随着压力增加晶格缺陷增多，缺陷阻碍电子输运的作用增强，从而使电阻增大。而在最初加压的过程中，由于样品之间存在间隙，阻抗随着压力的增加急剧下降；而在2GPa附近，阻抗的变化趋势发生改变，我们认为是由于样品发生致密化相变引起的；在2～8.3GPa范围内阻抗随着压力增加而增大，此时晶格缺陷的阻碍作用占主导地位；在8.3GPa左右，阻抗随着压力的增加而减小，这是由于分子间距离减小起主导作用，HOMO和LUMO能级之间带隙减小致使载流子输运作用增强，从而导致电阻减小；15GPa之后，阻抗随着压力的增加而增大，这是由于样品结构发生了平面化转化造成的。
【作者】郭营；
【导师】高春晓；刘才龙；
【作者基本信息】吉林大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】Alq3；高压；交流阻抗谱；相变；平面化；

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