一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法。基于制备具有阴极/有机层/阳极的单层器件，依据电流密度方程和泊松方程建立该器件的阻抗模型和阻抗相位模型；利用正弦小信号作为上述器件的激励信号，用阻抗谱仪测量该器件在直流偏压下的阻抗谱数据。用测量的阻抗谱数据拟合出阻抗相位模型中的未知参数——载流子迁移时间，然后将载流子迁移时间代入到阻抗模型，再用最小二乘法计算出有机材料的相对介电常数。该方法测量的介电常数误差较小，且该方法需要被测样品的厚度仅为600纳米，这对于许多昂贵的新材料而言，非常节省成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法


[0001]本专利技术属于有机半导体材料特征参数检测领域，具体涉及一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法。

技术介绍

[0002]近年来，有机半导体器件发展迅速，越来越受到人们的关注，例如有机发光二级管(OLED)、有机太阳能电池(OPV)、有机场效应晶体管(OFET)等。电荷输运能力是影响器件性能的关键因素之一，载流子迁移率(或迁移时间)的大小是表征电荷输运能力的一个重要参数。掌握载流子迁移率(或迁移时间)的本质属性，就可以根据不同的要求，合成需要的有机半导体材料，优化有机半导体器件的性能。为此，许多研究人员致力于测量有机半导体的载流子迁移率(或迁移时间)。目前，常用的测量载流子迁移率(或迁移时间)，有时间飞行法(TOF)和阻抗(导纳)谱法等。
[0003]然而，用导纳(阻抗)谱方法求取有机半导体载流子迁移率时，需要知道该材料的相对介电常数。有些有机材料的介电常数可以通过查阅文献资料的方式获得，即使可以查阅到某种特定材料的介电常数，但是针对具体实验中的同种材料，由于纯度等原因，实际的介电常数与文献中查到的是有出入的。而大部分新合成的有机半导体材料的相对介电常数需要用特定的方法和装置进行测量。常规的测量介电常数的方法如集成电路法和谐振法等需要足够多的样品量，因此测量一些新合成的、昂贵的有机材料的介电常数代价较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：有些有机材料的介电常数可以通过查阅文献资料的方式获得，即使可以查阅到某种特定材料的介电常数，但是针对具体实验中的同种材料，由于纯度等原因，实际的介电常数与文献中查到的是有出入的。而大部分新合成的有机半导体材料的相对介电常数需要用特定的方法和装置进行测量。并且常规的测量介电常数的方法如集成电路法和谐振法等需要足够多的样品量，因此测量一些新合成的、昂贵的有机材料的介电常数代价较大。
[0005]针对上述技术问题，本专利技术提出一种基于导纳谱原理研究有机半导体性能的方法，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法，针对待测有机半导体材料，执行以下步骤，获得待测有机半导体材料的相对介电常数：
[0007]步骤A：基于待测有机半导体材料，构建待测器件；待测器件的结构包括阳极层、阴极层、有机层，有机层为待测有机半导体材料设置在阴极层与阳极层之间；
[0008]步骤B：针对待测器件，基于加载在待测器件阴阳极两端的预设直流电压、以及预设各频率的正弦电压小信号，测量获得待测器件的阻抗谱数据；
[0009]步骤C：基于该待测器件的阻抗谱数据，结合待测器件的阻抗相位模型，获得待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
；
[0010]步骤D：基于待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
，结合待测器件的阻抗模型，获得待测有机半导体材料的相对介电常数。
[0011]优选的，所述步骤C中，基于该待测器件的阻抗谱数据，结合如下公式所示的待测器件的阻抗相位模型进行拟合，获得待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
：
[0012][0013]式中，θ(ω)为阻抗相位，ω为正弦电压小信号的角频率；τ
dc
为待测有机半导体材料的单载流子迁移时间；ImZ(ω)为实测阻抗Z(ω)的虚部；ReZ(ω)实测阻抗Z(ω)的实部。
[0014]优选的，所述步骤D中，将待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
代入待测器件的阻抗模型，用最小二乘法，获得待测有机半导体材料的相对介电常数，如下公式所示：
[0015][0016]式中，d为有机层厚度，S为待测器件电极的有效面积，ε0为真空介电常数，ε
r
为有机半导体材料的相对介电常数，i为虚数单位，ω
k
为正弦电压小信号中第k个角频率，共有n个角频率，|A(ω
k
)|为A(ω
k
)的模值，|Z(ω
k
)|为Z(ω
k
)的模值，Z(ω
k
)为ω
k
对应的实测阻抗值。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法，基于简单的单层器件，基于制备具有阴极/有机层/阳极的器件，依据电流密度方程和泊松方程建立该器件的阻抗模型和阻抗相位模型；利用正弦小信号作为上述器件的激励信号，用阻抗谱仪测量该器件在直流偏压下的阻抗谱数据。基于空间电荷限制电流理论SCLC，建立单载流子注入、无陷阱时的理论阻抗模型和阻抗相位模型，进而研究获得有机半导体材料实际的相对介电常数。并且本专利技术不仅能测量实际有机半导体材料的相对介电常数，还可以准确地确定有机半导体载流子的迁移时间。本专利技术该方法测量的介电常数误差较小，测试条件简单，对实验条件没有特别要求，还能够节约成本。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例中待测器件结构和测试原理示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例中拟合待测器件阻抗相位图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0021]一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法，针对待测有机半导体材料，执行以下步骤，获得待测有机半导体材料的相对介电常数：
[0022]步骤A：基于待测有机半导体材料，构建待测器件；待测器件的结构包括阳极层、阴极层、有机层，有机层为待测有机半导体材料设置在阴极层与阳极层之间；如图1所示，待测器件为一个单层器件。
[0023]针对有机半导体，测量空穴迁移率时要求阳极与有机层界面为欧姆接触、有机层与阴极界面阻挡电子，测量电子迁移率时要求阳极与有机层界面阻挡空穴、有机层与阴极为欧姆接触；在一个实施例中，针对构建的待测器件，阳极与有机层界面为欧姆接触；有机层与阴极界面为电子阻挡层；并且不考虑有机层陷阱；有机层厚度600纳米，电极有效面积0.09立方厘米。
[0024]步骤B：针对待测器件，基于加载在待测器件阴阳极两端的预设直流电压、以及叠加在直流电压上的各频率的正弦电压小信号，测量获得待测器件的阻抗谱数据。
[0025]如图1所示，在一个实施例中，预设直流电压为6V，正弦电压小信号振幅为25mV，小信号的频率范围为20Hz～5
×
106Hz，其中正弦小信号的角频率点ω
k
由下式确定：log
10
(ω
k+1
)
‑
log
10
(ω
k
)＝0.054524，k＝1,2,3,
…
,100，ω1＝20Hz；每个角频率点即对应一个角频率；使用阻抗谱仪测量获得待测器件的阻抗谱数据，在本实施例中用阻抗谱仪以扫频方式分别测量器件的阻抗，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法，其特征在于：针对待测有机半导体材料，执行以下步骤，获得待测有机半导体材料的相对介电常数：步骤A：基于待测有机半导体材料，构建待测器件；待测器件的结构包括阳极层、阴极层、有机层，有机层为待测有机半导体材料设置在阴极层与阳极层之间；步骤B：针对待测器件，基于加载在待测器件阴阳极两端的预设直流电压、以及预设各频率的正弦电压小信号，测量获得待测器件的阻抗谱数据；步骤C：基于该待测器件的阻抗谱数据，结合待测器件的阻抗相位模型，获得待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
；步骤D：基于待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
，结合待测器件的阻抗模型，获得待测有机半导体材料的相对介电常数。2.根据权利要求1所述一种有机半导体材料相对介电常数的测量方法，其特征在于：所述步骤C中，基于该待测器件的阻抗谱数据，结合如下公式所示的待测器件的阻抗相位模型进行拟合，获得待测有机半导体材料的单载流子迁移时间τ
dc
：式中，θ(ω)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞兰，唐超，戎舟，徐慧，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：