自从有机电子器件问世以来，许多描述其电荷输运的物理模型已经被人们提出^[1]。这些详细描述器件行为的模型对于认识器件工作本质，提高器件效率以及提升器件性能无疑是非常有用的。但要真正使这些模型应用到实际，高效并正确地对其求解是至关重要的。正确理解有机半导体及电子器件中载流子输运是有机电子学的关键及核心问题，也是我们设计及合成新的有机功能材料、进一步提高有机电子器件性能的基础。而理解载流子输运的中心问题是正确认识载流子迁移率，特别是正确认识它同体系中其他参量的关系^[2]。在固体材料中，载流子可通过激发、注入或其他方式产生。由于不同的材料具有不同的能级结构，所以以不同材料为载体的载流子的运动规律也是不同的。一般而言，对于固体材料，具有两种极端的输运模式：能带型输运和跳跃型输运。人们对无序有机半导体的研究发现，其载流子迁移率具有以下特征：无序有机半导体中载流子输运表现为热激活方式，因此载流子迁移率依赖于温度；其次，无序有机半导体中载流子迁移率具有很强的场强依赖性^[3]；另外，近年来人们研究发现无序有机半导体的载流子迁移率同载流子浓度也有很大的关系。

近来，电荷载流子浓度对迁移率的影响已经被认识到。在聚对亚苯基乙烯（PPV）及其衍生物中空穴迁移率同载流子浓度的关系已被C.Tanase^[4]等人研究。实验结果表明：当电荷载流子浓度小于10的22次方每立方米时，空穴迁移率为常数；而当电荷载流子浓度大于10的22次方每立方米时，空穴迁移率同载流子浓度幂定律关系增长^[5]。结合基于有机半导体的二极管及场效应晶体管的测试结果，他们对于室温下空穴迁移率同载流子浓度的关系，给出如下经验公式:

μ， （1）

式中σ₀是电导率前因子，T₀是指数态密度的宽度，α^-1是定域态间的有效重叠参数，B_c 等于 2.8是渗透开启的临界值。由此我们认识到载流子浓度对迁移率也有重要影响，要对有机半导体载流子迁移率有全面且正确的认识，需要考虑系统中多个参量的共同影响^[6]。

对于基于有机半导体的电子器件，如发光二极管、场效应晶体管、太阳能电池等的实际运作问题，目前人们还没有完全认识清楚^[7]。全面认识有机电子器件在应用中的暗电流-电压关系对认识这一问题具有相当重要的作用，因为它为我们认识有机电子器件的电荷输运及相关电性质提供了重要信息。

一般来说，基于有机半导体的电子器件的电流-电压关系，具有以下两种典型特征：如果在金属电极与有机材料的界面存在着较高的势垒，就会影响到电荷从金属电极向有机材料内转移的速度，从而使电流的注入受到限制，这时的电流称为注入限制电流^[8]（injection-limited current, ILC）。在这种情况下，以对数-对数作图的J-V曲线的斜率通常大于 2；如果在金属电极与有机材料的界面间只具有较低的势垒，载流子就可以以足够快的注入速度充分向器件内注入电荷，因而就可以导致注入的载流子在体内大量聚集，进而形成具有电场屏蔽性质的空间电荷限制层，使漂流的电流降低，这时的电流称为空间电荷限制电流（space-charge limited current, SCLC），这在有机电子学中常被采用^[9]。当电接触不是欧姆接触时，载流子由电极向有机半导体内的注入受到限制，此时产生的电流即为注入限制电流（ILC）。注入限制电流的形成和电极与有机半导体间的势垒相关，即载流子必须克服这一势垒才能进入到半导体内。

图1. 有机单注入金属半导体二极管的能带图 a.热平衡和应用一个小正偏压小于内置电压(虚线) b。在包括由于注入漏洞欧姆接触而导致能带弯曲的热平衡中的能带图其中L是层厚度，x表示二极管中的位置，LUMO是最低未占分子轨道，HOMO是最高占据分子轨道, EF为费米能级，φ_b为势垒高度。

对于注入势垒的大小，是和金属电极的费米能级与有机半导体的 HOMO(或 LUMO)能级间的差值相关^[10]。由于注入限制电流密度与从电极注入到有机半导体的载流子浓度成正比。如果有机半导体和金属电极间发生相互作用，就有可能对界面的电荷注入势垒产生影响。当载流子从金属电极注入到有机半导体时，必须要求载流子的能量可以克服金属和有机半导体间的势垒。当势垒较低或温度较高时，大量的载流子具有足够跨越势垒的能量，使其可顺利注入到有机半导体内，这种情况就是经典的热电子注入，也就是所谓Richardson Schottky^[11]注入模式。但当温度较低或势垒较高时，热电子注入就不太重要了，此时载流子的注入主要是隧穿注入，也就是Fowler-Nordheim^[12] 模式。对于热电子注入，电子需克服界面势垒，对于实际的 Schottky接触，除了热电子需克服势垒外，其注入限制电流还受场强的影响。对于隧穿注入，电子从金属电极不是通过跨越势垒的方式进入有机半导体内，而是通过量子力学效应来完成的，当电子或空穴波长大于等于势垒宽度时，电子或空穴无需克服势垒高度而直接穿过，该过程也称为场发射注入^[13]。当有机半导体材料与电极间是欧姆接触，则电流将不再受注入限制，而是受限于固体内空间电荷的增长，因此称为空间电荷限制电流^[14]。形成这种所谓的空间电荷限制电流（SCLC）的体系，一般应满足这样的条件：欧姆接触，低的势垒高度以及低的载流子迁移率等。对于理想电路情形而言，半导体两端是欧姆接触的同一种电极材料，其中半导体具有较大的能隙，半导体内部陷阱以及在静态时被占据的陷阱密度都小到可忽略的程度^[15]。本毕业设计就是基于以上介绍的这些技术的发展为基础而开展工作。

参考文献：

[1]D. Abbaszadeh, et al. Effect of arylamine hole-transport units on the performance of blue polyspirobifulorene light-emitting diodes [J]. Physical Review B, 2014, 90 (20)