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有机半导体和器件的原位表征技术

2022-04-28

 

近年来,有机电子学快速发展。其中,有机场效应晶体管 (OFET)、有机发光二极管 (OLED) 和有机光伏电池 (OPV)作为下一代新型电子和光电子功能器件,有望促进信息、光子学和能源科学等领域的革新。随着有机分子设计策略、有机薄膜生长工艺、界面优化方法和器件架构的改善,OFET、OLED 和 OPV的光电性能得到了显着提升。尽管如此,有机器件仍然面临诸多挑战:(i)用于高性能应用的有机半导体薄膜结晶和生长的本征机理研究仍然困难;(ii) 电荷输运物理与分子结构-性质的关系尚未完全揭示;(iii) 对各种器件结构和原位操作环境下的电极、电介质以及界面特性的深入理解还不完备。

为了解决这些关键问题,人们提出利用先进的原位表征技术对有机半导体及器件进行研究。该表征技术可以在器件工作和动态变化的情况下,对薄膜生长、电子状态和结构-性能关系进行原位、实时的表征,以获得动态的物理信息。因此,原位表征技术将有助于获取有机半导体中分子结晶生长动力学机制和本征电子特性,为进一步改善分子设计和器件性能提供实验和理论支撑。

近日,南京大学李昀教授课题组全面总结了原位表征技术在有机半导体和器件表征方面的最新进展(图1)。首先,该综述聚焦在各种原位光学和扫描探针显微镜,这类技术可以在复杂的固体/液体环境中,实时观察有机薄膜结晶以及表征有机器件的局部形貌、电子/离子耦合和半导体/电解质界面性质(图2a-c)。然后,该综述进一步介绍了原位光谱技术,包括 X 射线表征技术和紫外光电子能谱,用于原位探测有机器件的晶体结构和电子性质(图2d-f)。上述原位表征技术可以实现从厘米到纳米尺度对有机半导体和器件的结构-性能关系进行动态研究。最后,该综述还讨论了有机半导体材料与器件中原位表征技术面临的挑战和发展前景。因此,本综述将提高人们对原位表征技术在有机半导体和器件中的物理机理的认知和应用研究。

该文章以题为“In-situ/operando characterization techniques fororganic semiconductors and devices”发表在Journal of Semiconductors上。论文的共同第一作者是来自常州大学微电子与控制工程学院的姜赛博士和南京大学电子科学与工程学院的博士研究生戴钦镛,通讯作者是李昀教授和姜赛博士。

图1. 从厘米到纳米尺度分辨率的各种原位表征技术概况。原位表征可用于动态研究原位操作下的有机半导体中结构-性能关系。

图2.(a)原位光学显微镜;(b)原位原子力显微镜;(c)原位扫描绝缘探针显微镜;(d, e)原位略入射X射线衍射表征;(f)原位紫外光电子能谱表征技术。

In-situ/operando characterization techniques for organic semiconductors and devices

Sai Jiang, Qinyong Dai, Jianhang Guo, Yun Li

J. Semicond. 2022, 43(4): 041101

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/4/041101

来源:半导体学报2022年第4期—半导体材料与器件的原位表征专题



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