[发明专利]一种检测分子半导体材料中电学输运带隙的方法

说明书

本发明公开一种检测分子半导体材料中电学输运带隙的方法，通过设计一种新型的热电子晶体管，通过器件结构的设计、每一层材料的选择、制备工艺的优化赋予热电子晶体管超高的载流子能量调节能力，通过实时监控分子电子器件中载流子的输运情况测得Isubgt;C‑hot/subgt;‑Vsubgt;EB/subgt;曲线，从Isubgt;C‑hot/subgt;‑Vsubgt;EB/subgt;曲线读出分子半导体材料的HOMO能级和LUMO能级，通过二者之间的差值进而计算得出分子半导体的本征电学输运带隙的数值。即使不同分子半导体材料之间的带隙极小，也可以由热电子晶体管准确地分辨开来，提高了测量分子半导体材料电学输运带隙的精确度。

技术领域

本发明涉及分子电子学领域，是一种检测分子半导体材料中电学输运带隙的方法。

背景技术

在过去几十年中，由于有机半导体材料具有的丰富的光电功能特性、化学可裁剪性、柔性、可大面积制备等显著优势，有机光电子器件的研究取得了令人瞩目的成就。诸如有机发光二极管、有机光伏电池等大量的电子产品逐步走向商业化，丰富了我们的日常生活；有机场效应晶体管、光电探测器、激光器以及有机自旋电子学器件等新型电子学器件得到了全球广泛的关注，并取得了令人印象深刻地进展。

在分子半导体工程领域，通常通过化学反应或者分子掺杂的方式来调节体系的输运带隙，由此控制分子半导体中激子产生效率，不断提升器件性能。因此，为了优化有机电子学器件的关键性能参数，必须准确地测量分子半导体材料的输运带隙。

公布号为CN114242892A的中国专利申请文献，公开了一种有机热电子晶体管及其制备方法、LUMO能级检测方法，利用该热电子晶体管获取热电子能谱的方法，以及提出了从热电子能谱中原位、精确地提取有机半导体材料的LUMO能级的方法，但没有公开如何检测分子半导体材料中电学输运带隙。

目前，对于输运带隙的检测，主要利用紫外可见光谱法、电化学方法以及紫外光电子能谱反光电子能谱法的方法。首先，紫外可见光谱法通过高能射线激发载流子跃迁的方式测得分子半导体的输运带隙，此时测试数值中存在一个无法忽略的激子结合能，从而导致其数值远大于分子半导体本征的电学输运带隙。其次，电化学方法的测量在很大程度上受到实验环境的影响，例如，电极的选材、溶剂和电解液的选择、甚至是分子半导体材料的溶解性能的好坏都能够影响其测得的输运带隙数值。第三，紫外光电子能谱反光电子能谱法均属于一种特殊的表面分析技术，只能用于探测位于基底表面十几纳米厚度的有机半导体材料的HOMO或LUMO能级。由于形貌的巨大差异性，有机半导体薄膜的体相HOMO、LUMO能级与其表面HOMO、LUMO能级数值并不相同。换而言之，紫外光电子能谱反光电子能谱法并不适合于分子半导体材料本征电学输运带隙的研究。因此，精确测量分子半导体材料的电学输运带隙一直是本领域难以克服的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术无法精确测量分子半导体材料的电学输运带隙的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种检测分子半导体材料中电学输运带隙的方法，包括以下步骤：

(1)制备热电子晶体管，所述热电子晶体管包括发射电极Al、基电极Ni和收集电极Al，所述发射电极Al与基电极Ni之间设置绝缘层Al₂O₃，所述基电极Ni与收集电极Al之间设置分子半导体层；

(2)在热电子晶体管中的Al/Al₂O₃/Ni隧道结上施加扫描电压V_EB，在不同温度下测量Al/Al₂O₃/Ni隧道结上产生的电流I_EB，获得不同温度下的电流-电压曲线I_EB-V_EB；根据I_EB-V_EB曲线分析获得的Al/Al₂O₃/Ni隧道结的质量；