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材料的带隙是怎样影响FET器件的开关比的？: lw526 2019-12-31 17:16; 前情提要：最近，与实验组合作做一些工作。昨天，我们讨论的时候谈到了我们的样品是半导体性的还是金属性的问题。计算的得到的本征特性是半导体性的，有带隙。实验样品生长的时候有点不纯，也就是存在掺杂。我就想掺杂了肯定金属性呢。然后实验组说测量了样品的开关比得到了半导体特性。我就被问住了（蒙圈脸，思考脸），我想了很多，是因为吸附，边缘未成键的原因？然后一想人家测试了多层样品也是同样的结果。这就排除了我的疑问。我就在怀疑难道的我们结构没解析正确么？但是其他结果都正确的呀，而且HRTEM 结果和计算结构完美符合。然后，实验组补刀硅是半导体性的，但是应用中的硅器件都是有掺杂的呀？为啥掺杂的硅也是有很大开关比的。我表示不知道呢，这是怎么回事，居然和学过的能带论，化学键理论都不符合。金属还是半导体？能带论：我们的材料的本征的半导体特性，也就是价带刚好填满，导带刚好空着。掺杂以后电子少了，当然就成了金属性了。化学键理论：一般实际存在的半导体或绝缘体，一定要满足某些原子得到电子，另一些原子失去电子，当得到电子数和失去电子说相同的时候，才有可能形成带隙，成为半导体或绝缘体。例如，NaCl、NaCl中Na原子失去一个电子形成Na + ，而Cl原子得到一个电子形成Cl - ，所以成就了NaCl固体的绝缘特性。而我们讨论的这个材料是本征的半导体特性，掺杂以后的样品，不能满足这种平衡，所以就是金属特性。然后看到小木虫的帖子（ http://muchong.com/html/201003/1893675_2.html ）复习了半导体物理，终于明白了：问题出在开关比测量中。开关比测量需要把样品做成器件，然后通过调节偏压测量样品在导通（金属态）和关断（半导体态）两种情况下的电流大小，电流大小的比值就是开关比。偏压可以理解为给费米面上的电子一个能量，让它从价带跳到导带。这个偏压是由器件的源漏极两端的电势差提供的。当偏压大于半导体带隙时，就可以使得样品导电。当偏压小于半导体带隙时，就可以使得样品不导电就是关断。通过拟合不同温度下的开关比就可以得到带隙（我也不知道原理，实验组说的，等我弄懂了再添加）。你一定会问，这和你的半导体性还是金属性有啥关系呢。是这样的，通过刚才开关比测量的原理，我们测量的开关比除了可以反映样品的半导体特性。其实也可以反应费米面附近的带隙大小。对于前者，没有偏压就是关闭，有大于带隙的偏压，就是导通。而对于后者，没有偏压是导通，有偏压是关闭。所以，半导体的低浓度掺杂也会测量出开关比。这和费米面附近的带隙大小有关。本人水平有限，对实验也理解有限，如有啥错误，还请指教。; 个人分类: 知识|5935 次阅读|0 个评论

【文献阅读4】一种进一步降低共轭高分子带隙的新方法: 热度 2 Terrace 2013-3-9 14:28; 共轭高分子随着当年黑格 (A. J. Heeger) 、麦克迪尔米德 (A. J. MacDiarmid) 和白川英树 (H. Shirakawa) 三位大牛获得诺贝尔奖以后，不仅没有在江湖上绝迹，反而现在的发展也是越来越好，引入注目。高分子的带隙Eg，是衡量高分子光学性质和电子结构的一个重要的物理参数之一，这就好比一个人的身高H、体重W一样，就是一个指标，没有什么高深的。我这样解释主要是为了一些没有这方面背景知识的人便于理解。好，现在的问题是，怎么样降低分子带隙呢？就相当于女孩子总是想瘦一点，因为瘦一点好看。一般情况下，我们也希望高分子的带隙“窄”一点，得到的分子在光谱上更加红移，这样也比较“好看”一点。也许我的例子也不是很恰当，但是就是这样一个意思，希望读者能够跳过一些技术理解上的困难。言归正传，怎么降低呢？很多科学家在高分子主链上引入了不同的电子给体和电子受体以此来调节电子结构，这样做确实能够找到一些分子带隙比较低的体系，也是一种主流的方法。但是最近几天Guillermo C. Bazan课题组发了一篇JACS文章（DOI：10.1021/ja400140d），阐述了一种新的方法，来降低共轭高分子的带隙，怎么做呢？即在侧链上做两个阳离子的取代。这个也是美特斯邦威——不走寻常路。一般我们认为，在侧链烷基链上做一些修饰，也许对于高分子性能有变化，但是对于分子带隙和电子结构影响并不是很大，和主流方法相比，这并不是什么好点子。但是Bazan课题组确实用实验事实征服了我们这种一般的认为。Bazan是University of California的，我们熟知的A. J. Heeger跟他是一个学校，他们经常在一起合作发文章。细读这个文章我不禁发现亮点多多，简单来说，一个是分子带隙竟然依赖于阴离子的种类，懂点化学的可以去看看这篇文章的化学结构，你就会知道，这个结果还是蛮诧异的，我估计Bazan他们一开始只是从化学的角度做修饰来测试性能差异，也是偶然观察到带隙有这么大的变化，才觉得这个是一个很大的亮点，这才把它提炼出来。第二，这个高分子是一个很“老实”的p型材料，结果离子化修饰以后变成了n型，作者测试了其n型薄膜场效应晶体管性能，锦上添花。我们继续刨根问底，为什么侧链上不痛不痒地引入两个正离子会进一步降低带隙呢？其实作者也没有明确给出详细解释，但是他们结合UPS证明，这个带隙降低一方面由于HOMO抬升，一方面由于LUMO降低两方面的因素导致的。我仔细研读文章以后，觉得单从分子角度上来说，侧链引入烷基修饰对分子带隙和电子结构影响还是不大，这与主流观点相一致，但是从超分子角度看，引入离子型以后会使得高分子整体上更规整，主链不会像以前那么“肆无忌惮”乱跑了，分子的平面性会变好，所以才使得光谱上更加红移。那么这种新方法可不可以推广呢？适用性有多大，作者认为适用性还是蛮大的，我也表示赞同，同时我认为，以后我们也许还会发现类似的离子型修饰会增加分子带隙，也是有可能的，虽然这个也许是负效应，但是对于我们进一步认识共轭高分子的空间构型构象与性能之间的关系也是有益的。参考文献：J. Am. Chem. Soc., Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1021/ja400140d • Publication Date (Web): 05 Mar 2013; 个人分类: 文献阅读|6320 次阅读|2 个评论

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