共軛高分子微結構與介面中之激子與極化子---共軛高分子微結構與介面中之激子與極化子(I)

Abstract

共軛高分子在八零年代被合成出來之後就引起了廣大的研究興趣。它們特別吸引人 之處在於能經由溶液製程形成有機的半導體薄膜。從基礎科學的觀點而言，許多準粒子 如孤立子、極化子以及自束激子的特殊行為也使共軛高分子成為極為有趣的一維材料。 因為強大的庫倫力及電子-晶格作用力，這些準粒子穩態的電子結構以及在光激發或電 激發下的動態行為成為了理論以及實驗上極大的挑戰。從應用的觀點而言，目前的無機 光電半導體因真空製程需求有著極高的成本，然而隨著高電致發光效率及低成本溶液製 程的共軛高分子材料出現，光電科技將可能出現重大的改變。可曲撓式、質量輕、超低 成本及用途廣泛的高分子元件在八零年代初期就被寄予厚望。共軛高分子的相關研究主 要有化學合成，材料物理特性、元件及元件物理四大方向。以我們的觀點看來，元件物 理是目前這四大方向中最為薄弱的; 而實際上正由於這方面知識的缺乏，造成了整個共 軛高分子領域研究的瓶頸。儘管在化學以及元件方面的持續地吸引了廣大的興趣以及眾 多團隊的參與研究，依然還有許多重要的問題需要突破。從過去幾年的研究中成果中我 們相信，從材料本身性質延伸至元件結構物理的研究有著極重要的科學價值，同時也是 將共軛高分子元件實用化的必經之路在本計劃中，我們針對幾個共軛高分子材料中的重 要微結構，研究這些其中的物理特性以及它們對元件表現造成的影響。根據基本的物理 研究，我們將提出和並且展示一些新的元件概念，這部分的研究著眼於有著電子及電洞 極化子的雙極元件以及只有一種極化子的單極元件。在雙極元件方面，我們的主要研究 混合電致發光高分子主體以及發光高分子或客體小分子。客體可以為磷光有機金屬錯合 物或是螢光共軛高分子或是有機小分子。由我們之前的研究成果以及其他文獻中可以發 現，混合多層結構中激子的空間侷限以及三重態磷光是電致發光效率的關鍵。我們將探 討客體對於極化子傳輸造成的效應以及激子從主體至客體的能量轉換。為了有符合需求 的樣品提供研究和使元件有更佳更穩定的特性，我們將發展一些獨特的多層高分子聚合 物製程技術。對單極元件，金屬-絕緣體-高分子(MIS)結構和高分子-金屬-高分子(SMS) 結構是我們主要的研究課題。在金屬-絕緣體-高分子結構中，絕緣體-高分子接面的極 化子密度可由場效電晶體的閘極電壓加以控制。這方面的一大問題是由於缺陷或是一些 尚未確定的機製造成電子電洞對稱性的破壞，使得在本質上無法有n 型電子通道。此外， 當暴露在空氣中時造成集極和源極間龐大漏電流的機制，以及極化子遷移率和極化子密 度有強關聯的原因也是我們研究的重點．針對高分子-金屬-高分子的結構，我們將研究 熱電子於金屬薄膜中以彈道傳輸之可行性以及熱電子自金屬注入高分子之行為。這些主 題是本研究團隊所研究的全有機熱電子電晶體之基礎。我們相信，通過並實行本計劃將 對基礎物理的瞭解有重大的突破而對於高分子元件也會得到更寬廣的視野。 由於三位 教授在此相關領域的傑出研究紀錄以及團隊間的良好整合，使我們確信本計劃將能成功 達到設定的目標。