一种测量有机半导体态密度分布的方法

本发明属于有机半导体，更具体地涉及一种测量有机半导体态密度分布的方法。

背景技术：

1、有机半导体(osc)已被广泛应用于有机发光二极管、有机太阳能电池和有机场效应晶体管等光电子器件中。众所周知，载流子在有机半导体内通过在不同能态间发生非相干跃迁而传出电荷，有机半导体的态密度(density of states,dos)分布是影响其电学特性的关键参数。精确地表征有机半导体的态密度分布不仅是理解其电学性质的重要途径，更是深入研究和优化有机半导体器件性能的基础。通过对有机半导体的态密度分布进行准确描述和分析，我们能够揭示其电子结构、能带特征以及载流子输运行为，为定量预测器件性能提供关键指导。因此，在有机半导体领域，对态密度分布的精细研究不仅有助于揭示材料的内在特性，还为设计和制造高性能有机半导体器件提供了重要的基础和指导。

2、无机半导体的态密度分布测试方法主要以光学吸收为主要手段，然而，在有机半导体中，价带和导带态密度的表征并不像无机半导体那样容易通过直接进行光学吸收测试来实现。这是因为在有机半导体中，由于介电常数较小，光激发会产生激子而非自由载流子，因此从价带(homo)态密度到导带(lumo)态密度的直接跃迁不会被观察到。此前，人们开发出一种基于光电子发射能谱(pe)和反光电子发射能谱(ipe)的表征有机半导体态密度的方法。然而，这种方法需要昂贵的实验设备和复杂的实验操作，并且数据分析过程十分复杂，导致该方法难以被广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服目前的有机半导体态密度分布测量方法的复杂与测量设备的昂贵以及测量数据分析十分复杂等问题，提供的一种测量有机半导体态密度分布的方法，提高测量的简单易操作性，且数据易分析。

2、因此，本发明解决技术问题，采用的技术方案如下：一种测量有机半导体态密度分布的方法，包括：

3、1)将待测有机半导体作为半导体层制备底栅顶接触的场效应晶体管结构；测试所述待测有机半导体的价带态密度分布时，顶接触的源电极、漏电极采用p掺杂有机半导体薄膜，所述p掺杂有机半导体薄膜的电导率为>1s/cm；测试所述待测有机半导体的导带态密度分布时，顶接触的源电极、漏电极采用n掺杂有机半导体薄膜，所述n掺杂有机半导体薄膜的电导率为>1s/cm；

4、2)采用开尔文扫描探针显微镜kpfm测量所述场效应晶体管结构的沟道表面电势vskpm在施加栅压vg条件下随栅压vg的变化，得到vskpm-vg关系，其中源电极，漏电极均接地；

5、3)利用上述测量得到的vskpm-vg关系，可以通过如下的物理关系式得到有机半导体态密度分布为n(e)：

6、

7、其中，e为能量，cd为场效应晶体管结构中介电层单位面积电容，dosc为半导体层的有机半导体的电荷积累层厚度，e为电子电量。

8、进一步的，底栅顶接触的场效应晶体管结构为：以带有sio2的si片作为衬底，其中si作为栅极、sio2作为介电层；在所述介电层表面沉积待测有机半导体作为半导体层，厚度为10-50nm；在半导体层表面转移源电极、漏电极，形成底栅顶接触的场效应晶体管结构。

9、上述技术方案具有如下技术效果：

10、(1)本发明提出了一种测量有机半导体态密度分布的方法。通过引入掺杂的有机半导体薄膜作为源、漏电极，可以有效阻碍相反极性的载流子在栅压作用下注入到沟道中，影响态密度分布的测量，从而获得较大的能量测量范围。

11、(2)本发明提出了一种测量有机半导体态密度分布的方法，通过选择p掺杂或n掺杂的电极，可以测量同一种有机半导体的homo附近的态密度分布以及lumo附近的态密度分布。

12、(3)本发明提出了一种测量有机半导体态密度分布的方法，由于kpfm具有较高的能量分辨率(约10mev)，因此可以获得精确的态密度分布。

技术特征：

1.一种测量有机半导体态密度分布的方法，其特征在于：

2.如权利要求1所述一种测量有机半导体态密度分布的方法，其特征在于，所述底栅顶接触的场效应晶体管结构为：以带有sio2的si片作为衬底，其中si作为栅极、si02作为介电层；在所述介电层表面沉积待测有机半导体作为半导体层，厚度为10-50nm；在半导体层表面转移源电极、漏电极，形成底栅顶接触的场效应晶体管结构。

技术总结本发明一种测量有机半导体态密度分布的方法，将待测有机半导体作为半导体层制备底栅顶接触的场效应晶体管结构；测试所述待测有机半导体的价带态密度分布时，顶接触的源电极、漏电极采用P掺杂有机半导体薄膜；测试所述待测有机半导体的导带态密度分布时，顶接触的源电极、漏电极采用N掺杂有机半导体薄膜；采用开尔文扫描探针显微镜KPFM测量所述场效应晶体管结构的沟道表面电势V<subgt;skpm</subgt;在施加栅压V<subgt;G</subgt;条件下随栅压V<subgt;G</subgt;的变化，得到V<subgt;skpm</subgt;‑V<subgt;G</subgt;关系，其中源电极，漏电极均接地；利用上述测量得到的V<subgt;skpm</subgt;‑V<subgt;G</subgt;关系，可以通过相应的物理关系式得到有机半导体态密度分布为N(E)：该方法提高态密度分布测量的简单易操作性，且数据易分析。技术研发人员：胡袁源,李蓉受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23