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配位型有机/无机复合半导体材料的结构与性质研究

王威  
【摘要】: 有机/无机复合半导体材料可以融合有机半导体和无机半导体各自的优点,是目前半导体材料研究的前沿领域。本论文设计、制备了多种基于金属卤化物的配位型有机/无机复合半导体材料,重点研究了有机组分对复合半导体材料的结构、带隙、发光机理和薄膜电导率的影响。主要研究成果为: 1.控制无机组分碘化镉(CdI2)和有机组分苯乙胺(PEA)的化学计量比,制备了具有一维结构的CdI2(PEA)2和零维结构的CdI2(PEA)4。原位反应制备了CdS掺杂的复合材料[CdI2(PEA)2](CdS)0.038。三种材料的荧光分别为蓝光、绿光和橙光。[CdI2(PEA)2](CdS)0.038中存在从β-CdI2(PEA)2到CdS的能量传递。量化计算结果表明,CdI2(PEA)2和β-CdI2(PEA)2的发光主要来自从卤素原子到金属原子的电荷转移;而CdI2(PEA)4的发光来自从卤素原子到有机配体的电荷转移。 2.制备了具有传输基团咔唑环的有机分子N-(2-胺基乙基)咔唑(AEC),并将其引入复合物体系中,得到复合材料ZnCl2(AEC)2、ZnI2(AEC)2、CdI2(AEC)2和HgI2(AEC)2。这类复合材料的带隙由有机组分AEC决定,而不是无机组分。实验和理论计算结果表明ZnCl2(AEC)2、ZnI2(AEC)2、CdI2(AEC)2的发光来自有机组分中的咔唑环。ZnCl2(AEC)2、ZnI2(AEC)2和CdI2(AEC)2的薄膜电导率测试结果表明,这类复合材料的电导率也是由有机组分AEC决定的,说明在复合物中主要是通过有机组分中的咔唑基团进行电荷传输的。 3.将具有平面大π共轭结构的吖啶分子引入到复合材料体系中,制备了复合材料CdI2(AD)和HgI2(AD)。CdI2(AD)的晶体排列中含有紧密排列的折线形的一维无机链段,而HgI2(AD)中两个HgI2(AD)分子形成二聚体,晶体排列为零维结构。CdI2(AD)的带隙同样是由有机组分所决定的。CdI2(AD)的发射光谱中不含有机组分吖啶的特征峰,量子化学理论计算结果表明CdI2(AD)分子内存在从卤素原子到有机配体的电荷转移过程(XLCT)。CdI2(AD)的薄膜电导率为2×10-5 Sm-1,与无机组分CdI2的电导率3×10-5 Sm-1在同一量级上,远远高于有机组分吖啶的电导率。这一结果表明,在CdI2(AD)中主要是通过紧密排列的一维无机骨架进行电荷传输的,有机组分吖啶对于电荷传输起辅助作用。


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