Изложены современные представления о процессах генерации, транспорта и рекомбинации носителей заряда органических материалах, а также микро- и наноструктурах на их основе.
Первая часть (гл. 1 — 3) является обзорно-вводной — читатель получает представление об основных понятиях, экспериментальных методах и результатах, теоретических концепциях и моделях. Вторая часть посвящена преимущественно вопросам неравновесного транспорта и близнецовой (геминальной) рекомбинации электронов и дырок в тонких (0,1-10 мкм) слоях неупорядоченных органических материалов. Рассмотрены также приложения в электронике, в основном электролюминесценция (в том числе нестационарная) в органических светодиодах. Эти вопросы слабо освещены не только в учебной, но и в научно-монографической литературе, изданной на русском языке.
Предназначено студентам старших курсов, аспирантам и начинающим исследователям в области физики конденсированного состояния вещества.
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Author(s): Никитенко В.Р.
Publisher: Издательство Московского инженерно-физического института
Year: 2011
Language: Russian
Pages: 316
City: Москва
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ 11
1.1. Основные понятия зонной теории электронов в твёрдых телах 11
1.2. Электроны в органических материалах 16
1.2.1. Состояния электронов в органических молекулах 16
1.2.2. Основные классы органических материалов 21
1.3. Локализация носителей заряда 24
1.3.1. Беспорядок 24
1.3.2. Локализация Андерсона 27
1.3.3. Край подвижности и минимальная металлическая проводимость 31
1.4. Модель многократного захвата 35
1.4.1. Дрейф и диффузия свободных частиц 36
1.4.2. Система уравнений 38
1.4.3. Приближённые аналитические решения 41
1.4.4. Точные аналитические решения 45
1.5. Прыжковый транспорт 48
1.5.1. Уравнение баланса 48
1.5.2. Переходы между локализованными состояниями 50
1.5.3. Проводимость с переменной длиной прыжка 55
1.5.4. Дрейф, диффузия и соотношение Эйнштейна 58
1.6. Описание прыжкового транспорта на основе теории протекания 61
1.6.1. Порог протекания и проводимость 61
1.6.2. Примеры задач, решаемых методами теории протекания 69
1.6.3. Теория протекания, модель многократного захвата и транспортный уровень 71
1.6.4. Зависимость прыжковой проводимости от температуры и концентрации носителей 75
1.7. Генерация и рекомбинация носителей заряда 78
1.7.1. Фотогенерация и фотолюминесценция 78
1.7.2. Судьба «близнецов» 82
1.7.3. Бимолекулярная рекомбинация и её константа 86
1.7.4. Инжекция носителей заряда с электродов 89
1.8. Токи, ограниченные объёмным зарядом 92
1.8.1. Токи монополярной инжекции 92
1.8.2. Токи двойной инжекции 95
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕРАВНОВЕСНОГО ТРАНСПОРТА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
2.1. Измерение времени пролёта: эксперимент и теория 99
2.1.1. Постановка эксперимента 99
2.1.2. Нормальный режим транспорта 102
2.1.3. Дисперсионный режим транспорта 105
2.1.4. Анализ переходного тока в дисперсионном режиме 107
2.2. Метод нестационарной радиационной электропроводности 111
2.2.1. Постановка эксперимента 111
2.2.2. Переходный ток: низкий уровень генерации 113
2.2.3. Переходный ток: высокий уровень генерации 116
2.2.4. Нестационарная радиационная электропроводность при наличии центров захвата 119
2.3. Метод переходной электролюминесценции 123
ГЛАВА 3. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРЫЖКОВОГО ТРАНСПОРТА
3.1. Модель гауссовского беспорядка 128
3.2. Беспорядок порождает корреляции 134
3.3. Обобщённая модель Роуза - Фаулера - Вайсберга 140
3.4. Транспортный уровень и энергетическая релаксация носителей заряда 142
3.4.1. Концепция транспортного уровня 142
3.4.2. Энергетическая релаксация неравновесных носителей заряда 146
3.4.3. Низкотемпературная энергетическая релаксация 152
3.5. Транспортный уровень и неравновесный прыжковый транспорт 154
3.5.1. Границы применимости формализма модели многократного захвата к описанию прыжкового транспорта 154
3.5.2. Уравнение неравновесного транспорта 156
ГЛАВА 4. АНОМАЛЬНАЯ ДИСПЕРСИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА
4.1. Соотношение между дисперсией и дрейфовым сдвигом носителей заряда в режиме прыжков вниз по энергии 161
4.2. Аномальная дисперсия в режиме сильно неравновесного транспорта 163
4.3. Стимулированная полем диффузия 164
4.3.1. Полевая диффузия в режиме квазиравновесного транспорта 165
4.3.2. Решение уравнения неравновесного транспорта в условиях времяпролётного эксперимента 172
4.3.3. Неравновесный дрейф и стимулированная полем диффузия носителей заряда в случае гауссовского распределения ловушек 174
4.3.4. Между квазиравновесным и дисперсионным режимами транспорта 178
4.4. Диффузия, стимулированная переменным полем 181
4.4.1. Режим квазиравновесного транспорта 182
4.4.2. Режим сильно неравновесного транспорта 185
ГЛАВА 5. ПЕРЕХОДНЫЙ ТОК В УСЛОВИЯХ ВРЕМЯПРОЛЁТНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
5.1. Переходный ток при неравновесном транспорте 187
5.2. Гауссовское распределение ловушек. Особенности квазидисперсионного режима транспорта носителей заряда 188
5.3. Экспоненциальное энергетическое распределение ловушек 198
5.4. Прямоугольное распределение 206
ГЛАВА 6. КИНЕТИКА БЛИЗНЕЦОВОЙ РЕКОМБИНАЦИИ В РЕЖИМЕ НЕРАВНОВЕСНОГО ТРАНСПОРТА
6.1. Аналитическое описание близнецовой рекомбинации в режиме неравновесного транспорта 210
6.1.1. Постановка задачи 210
6.1.2. Качественный анализ кинетики близнецовой рекомбинации 212
6.2. Приближённые аналитические решения 216
6.2.1. Бездиффузионное приближение 216
6.2.2. Слабое поле 217
6.3. Вероятность выживания близнецовых пар 218
6.4. Кинетика близнецовой рекомбинации 219
6.4.1. Бездиффузионное приближение 219
6.4.2. Температурная зависимость кинетики люминесценции 221
6.5. Ток поляризации близнецовых пар 223
6.5.1. Бездиффузионное приближение 223
6.5.2. Изотропная проводимость (слабое поле) 225
6.5.3. Одномерная проводимость 227
6.6. Вероятность разделения пары (квантовый выход) 228
6.6.1. Анизотропная проводимость 228
6.6.2. Влияние туннельных прыжков 232
6.7. Задержанная (неланжевеновская) кинетика близнецовой рекомбинации 236
6.8. Нестационарная радиационная электропроводность и близнецовая рекомбинация 240
6.8.1. Близнецовая рекомбинация и переходный ток: ланжевеновский режим 240
6.8.2. Кинетическая заторможенность близнецовой рекомбинации: эмпирические основания и физический механизм 242
6.8.3. Кинетически заторможенная близнецовая рекомбинация и радиационная электропроводность на переменном токе 246
ГЛАВА 7. ТРАНСПОРТ И ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ОРГАНИЧЕСКИХ СВЕТОДИОДАХ
7.1. Органические светодиоды: от однослойных к многослойным структурам 250
7.2. Инжекция и неравновесный транспорт 253
7.3. Переходная электролюминесценция в однослойных структурах 255
7.3.1. Теоретическая модель 256
7.3.2. Экспериментальные результаты и их анализ 258
7.4. Переходная электролюминесценция в двуслойных структурах 261
7.4.1. Транспорт, ограниченный инжекцией 261
7.4.2. Характерные времена установления ЭЛ в режиме, ограниченном инжекцией 264
7.4.3. Характерные времена установления ЭЛ в режиме тока основных носителей, ограниченного объёмным зарядом 270
7.5. Стационарная интенсивность и эффективность ЭЛ в двухслойных органических светодиодах 273
7.5.1. Режим токов, ограниченных инжекцией 273
7.5.2. Режим токов, ограниченных объёмным зарядом 278
7.6. Кинетика электролюминесценции после выключения напряжения 281
7.6.1. Эффект вспышечной электролюминесценции в двухслойных структурах 281
7.6.2. Эффект вспышечной электролюминесценции в однослойных структурах 284
7.6.3. Кинетика спада интенсивности ЭЛ после выключения приложенного напряжения 288
ГЛАВА 8. НАНОСТРУКТУРЫ В ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
8.1. Органическая фотовольтаика и наноструктуры 290
8.2. Наночастицы в органических матрицах 297
8.3. Электронные свойства границ раздела между слоями органических материалов 301
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 305
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 306
