有機半導體

　　電導率為10⁻¹⁰～10²西/釐米的有機化合物。它的導電性來源於共軛鏈中的π電子，因此有機半導體的研究是研究具有π鍵共軛體系的有機固體。這類有機固體包括分子晶體、電荷轉移絡合物和聚合物材料。按其結構特點可分為兩類：①通過分子間的π電子雲交疊形成導帶，其特點是由平面共軛結構分子的電子給體–受體複合物，以離子自由基基形式存在。②具有共軛的高分子，其特點是通過分子內的π電子雲交疊形成導帶，共軛分子鍵的方向即為導電方向。

　　有機半導體的研究可追溯到1906年，當時意大利的A.波切蒂諾發現固態蒽具光電導特性（現在用作測試高能粒子的閃爍體）。1919年，開始對有機染料和顏料進行研究，然而由於缺乏合適的理論進行解釋，進展不大。1940年，N.F.莫脫和R.W.格尼提出用量子力學解釋離子晶體中的電子過程的方法後，使對稠環芳香烴及酞菁染料的研究進入新階段，並開始對有機材料與無機鹵素復合材料的電導進行研究，以期獲得高的電導率。1954年，成功地得到瞭電導率達0.1西/厘米的苝與鹵素的電荷轉移絡合物。井口洋夫首先發現和證實瞭共軛π–電子分子固體的電子電導，開創瞭有機半導體這一新的科研領域。因此，一般認為有機半導體的研究始於20世紀50年代。1973年，有機電子受體7,7,8,8–氰基對亞甲基苯醌(TCNQ)和有機電子給體四硫富瓦烯(TTF)的成功合成，以及由它們形成的具有金屬電導的電荷轉移絡合物，使電導研究進入一個新的發展階段。1981年發現瞭(TMTSF)₂ClO₄，它是第一個在常壓下具有有機超導性。70年代，人們對於有機電導材料的研究不僅限於電荷轉移絡合物，而且進入到一直被認為是絕緣體的有機聚合物。傳統的塑料是電絕緣體，但是A.G.馬克迪爾米德、A.J.黑格和白川英樹對導電聚合物的發現，開創瞭一個全新的聚合物科學和技術的研究領域，為此獲得2000年的諾貝爾化學獎。

　　最早的應用是有機小分子半導體材料——酞菁，在靜電復印機和激光打印機上獲得應用。由於有機感光體的資源豐富、無公害、成膜工藝簡單和成本低等特點，目前生產的復印機中，這類材料占70％以上。

　　可用來制作半導體電子器件，包括：①有機發光二極管(LED)。20世紀90年代興起的全新研究領域，也是有機半導體材料的一個很有前景的應用。有機LED是指電場作用於半導體誘導的發光行為，即是電子和空穴由相反極性的電極註入，在半導體中輻射復合而產生的發光。相對無機LED，其優點是：功耗低，響應速度快，視角廣，發光顏色選擇范圍廣，容易實現大面積平面顯示和良好的加工性能。有機LED已實現紅、綠、藍等單色和全色發光，並且已有初級產品的投放。高效率、高亮度、長壽命的全色發光器件是人們追求的目標。②有機場效應管(FET)。利用電場來控制固體材料導電性能的有源器件。相對於無機FET，有機FET的優點是：有機物的成膜技術多，可以把器件做得很大，也可以做的很小；通過對有機物分子的化學修飾可以方便地調節FET的性能；制備工藝簡單，可以有效降低成本；利用有機物的柔性，可以把器件制成各種形狀。③聚合物發光電池(LEC)。是由聚合物發光二極管發展起來的一種新型聚合物電致發光器件。它與LED的區別在於其發光層由發光聚合物和聚合物電解質復合而成。這樣，當兩電極上的電壓達到一定值後，發光層中正極側的發光聚合物被氧化而成為P–型摻雜，負極側的發光聚合物被還原而成為N–型摻雜，中間的正負離子分別向兩邊擴散形成本征(i)區，P–型區的空穴和N–型區的電子向中間擴散在i–區復合發光。由於這一特點，LEC具有工作電壓低、發光量子效率高、可使用惰性負極等優點。④有機/聚合物激光器。就是共軛大分子固態激光器。是目前光電子領域的一個全新的研究方向。其原理是采用高質量的導電聚合物作為增益介質，按全新結構設計的一種固態激光器。其優點是：發射波長可通過分子設計調節，具有較高的熒光效率和較小的閾值電流，可以通過聚合物薄膜實現垂直腔面發射激光器，因而有著重要的科學意義和實用價值。