有机半导体材料
1有机半导体材料的分子特征
有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半
导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有
键结构。如图1所示，在碳碳双键结构中，两个碳原子的pz轨
道组成一对
轨道（和
的能级差远小于两个
），其成键轨道（）与反键轨道（
）
轨道之间的能级差。按照前线轨道理论，
轨道是最高填充轨道（HOMO）
，
是最低未填充轨道（LUMO）。
在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带
和导带类比。当HOMO能级上的电子被激发到LUMO能级上时，
就会形成一对束缚在一起的空穴电子对。有机半导体材料的电学和
电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。
f在有机半导体材料分子里，
键结构会扩展到相邻的许多个
原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子
型和高分子型两大类。
小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结
构片断，通常只由一个比较大的
共轭体系构成。常见的小分子型
有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、衍生物和花
菁等（如图2，常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔
型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、
聚苯胺、聚吡咯等类型（如图3。
事实上，由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结
构类型可以说是无穷无尽的。
图2几种常见的小分子有机半导体材料：（1）并五苯型，（2）
三苯基胺类，
（3）富勒烯，
（4）酞菁，
（5）衍生物和（6）花菁类。
f图3几种常见的高分子有机半导体材料：
（1）聚乙炔型，
（2）聚芳
环型，
（3）共聚物型。
2有机半导体材料中的载流子
我们知道无机半导体材料中的载流子只有电子和空穴两种，自
由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中传输。相形之下，有机半
导体材料中的载流子构成则要复杂得多。
首先，由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙（即LUMO
与HOMO的能级差）通常较大，且电子亲和势较低，大多数有机半
导体材料是p型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。无机半导
体材料中的正电荷（即空穴）是高度离域、可以自由移动的，而有机
半导体材料中的正电荷所代表的则是有机分子失去一个电子（通常是
HOMO能级上的电子）后呈现的氧化状态。因此，在有机半导体材
料中引入一个正电荷，必然导致有机分子构型的改变。
f以结构最为简单的共轭聚合物聚乙炔为例（如图4由于其分子
链是由碳r