光电信息材料
1.半导体的吸收机制（本征吸收、杂质吸收、激子吸收）：
a.本征吸收：电子吸收光子的能量从价带跃迁到导带的过程。分为直接跃迁吸收和价带跃迁吸收。
条件：○1g
E hv ≥；○2准动量守恒。其中，直接跃迁：0=-k k 、；间接跃迁：光子动量、=-k k
b.杂质吸收：束缚在杂质能级上的电子吸收光子跃迁到导带（或空穴吸收光子跃迁到价带）。这样的光吸收称为杂质吸收。
c.激子吸收：价带中的电子吸收小于禁带宽度的光子能量也能离开价带，但因能量不足还不能跃迁到导带成为自由电子，仍然受到空穴的库仑场作用。受激电子与空穴互相束缚而结合在一起形成一个称为激子的系统。这样的光吸收即激子吸收。
2.光伏效应
a.PN 结的光生伏特效应
用适当波长的光照射没有外加偏压的非均匀半导体（PN 结），由于内建场的存在，PN 结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：P 区电子穿过PN 结进入N 区，N 区空穴穿过PN 结进入P 区，导致P 端电势升高，N 端电势降低，于是在PN 结两端形成了光生电动势，即PN 结的光生伏特效应。 b.量子效率
！）外量子效率；
！！）内量子效率
c.光伏参数
！）开路电压oc V ：???? ??+=
1In L 0oc S I I q T K V ，在PN 结开路情况下（R=∞）,两端的电压即开路电压；
！！）短路电流sc I ：光照下，将PN 结短路（V=0），所得的电流即短路电流； ！！！）转换效率η：%P P 100in
m ?=η； ！！！！）填充因子FF ：oc sc m m V I V I FF =
d.影响光伏特性的因素
！）禁带宽度
！！）串联电阻
！！！）内部因素
3.体硅电池
a.能带图
无光照，
有光照，
b.基本结构
P 和+P 接触形成同型结，有自建电场，即背电场，
形成势垒。
c.等效电路
d.效率损失机制
！）热化损失，g E >ν ；
！！）反射损失；
！！！）俄歇复合损失；
！！！！）光子能量小于带隙，不能被吸收；
！！！！！）半导体与金属的功函数差损失
4.硅薄膜电池
1）硅薄膜电池种类
α长程无序，短程有序的无规则网络结构，且充斥大量缺陷。无序化、a.H
:i S
—
亚稳性
μ相嵌在非晶机制中的小结晶晶粒以及它们的界面构成的复合相结b.H
c—
:i S
构。吸收系数比单晶硅高，电导率比非晶硅高。
c.i
—薄膜：由尺寸和取向不同的Si晶粒堆积而成，晶化率大于90%。
pc S
d.i
—薄膜：由尺寸3——6nm的小晶粒和大量非晶界面组成。晶粒和界面各nc S
占50%。
α的能带结构，光吸收谱电导率
2）H
—
:i S
α的能带结构：
—
:i S
H
α薄膜：
—
:i S
H
1.扩展态电导
2.带尾态跳跃电导
3.费米能级附近的近程跳跃电导
4.极低温度的变程跳跃电导
α薄膜的的光吸收
—
:i S
H
A.本征吸收区
ν >1.8eV
从价带到导带的跃迁
α>1031-cm
B.带尾吸收区
1.4eV <ν <1.8eV
从价带到导带带尾
从价带带尾到导带
131cm 1010-<<α
C.次带尾吸收区
ν <1.4eV
从价带到带隙态
从带隙态到导带
11cm 10-<α
3）e d T C 薄膜
直接带隙， eV 51g .E =,最接近最值带隙，适合做电池。
4）2e uIn GaS C 薄膜
??
???==eV 691 uG aSe eV 021 uInSe g g .E C .E C 也有带隙有带隙 故而将Ga 取代In 可以调节带隙
5）H :i S —α硅薄膜电池的S-W 效应（光致衰退效应）
非晶硅薄膜的电导率随光照时间延长而减小，（150℃下退火）退火后又可以恢复，再进行光照还可以下降，这就是S-W 效应。
6）硅薄膜电池的结构
P-i-N 结构
TCO （透明导电氧化物）种类：???
????22
SnO F :SeO In :In B :In Al :的掺的掺的氧化掺的氧化掺FTO ITO BZO AZO
i ：○1是本征层，因为i 层缺陷少，所以充当本征层；○2充当光吸收层，PN 结提供自建场，整个电场都穿过i 层，都处于自建场中，只要一产生就会分离。
5.多结叠层太阳电池的特点
特点：解决低能光子不被吸收，高能光子热化损失，拓展了对太阳光谱的吸收范围。
结构：
隧穿结加的是正偏压，隧道击穿重掺杂
条件：○
1有相同的位占据态；○2势垒宽度足够窄 6.量子阱电池的结构（逃逸）
a.光生载流子如何形成光生电流(可能有问题)？
通过改变势阱宽度、势垒高度及厚度达到扩展太阳光谱能量的吸收范围的目的。 量子阱：势垒区厚难发生隧穿逃逸；
超晶格：势垒区薄发生隧穿
隧穿结
7.聚合物太阳电池和材料敏化太阳电池的工作原理
a.聚合物太阳电池工作原理
具体过程为：在光照下，给体和受体分子被激发至各自的激发态，即电子从最高占有分子轨道（HOMO ）被激发到最低未占有分子轨道（LUMO ），从而产生了电子——空穴对（激子）。然后，给体中的光生电子快速地转移至受体，同时受体中的光生空穴快速地转移至给体。这个转移过程在几个皮秒内完成，从而有效地阻止了光激发元的发光复合，导致了高效的电荷分离。这样，在外场作用下，电子和空穴分别向阳极和阴极迁移，运动形成了光电流。 b.材料敏化太阳电池工作原理
○1在光照条件下，从染料中激发的电子注入到宽带隙的的2
TiO n —导带中； ○2电子从2
TiO n —迁移到TCO 电极上； ○
3电子再从TCO 传输到外电路的负载而作功； ○
4氧化的染料分子再氧化电解质中的-I 离子，-I 离子因氧化反应而失去电子而变为-
3I 离子；
○5-3
I 离子扩散到Pt 电极上，与外电路的电子发生还原反应，重新生成-I 离子。 8.中间带太阳电池和多激子太阳电池的定义
a.中间带太阳电池
通过在半导体的禁带中引入一个能态密度小的窄能带，使得在保持开路电压不变的情况下，增加亚带隙吸收，从而达到增加电流，提高效率的目的。
b.多激子太阳电池
利用某种技术途径使由高能电子激发的远离导带底的热电子在弛豫导带底之前通过碰撞电离能够产生2个或2个以上的激子，从而使太阳能的光生电流增大导致其转换效率大幅度提高。
目录 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 2 2.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 2 2.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 3 2.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 3 2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 4 2.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 4 2.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 4 2.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 5 2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 5 2.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 6 2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 6 2.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 6 2.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 7 2.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 7 2.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 7 3 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 7 4 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 8 4.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 8 4.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 8 4.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 9 4.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 9 5 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 10
有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机 EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即 OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即 PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料 OLED。 一.原理部分 与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、
太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。 2.吸收和发射
摘要:我国眼镜片行业所用各种树脂消耗量大约为６０００吨／年。然而，本土企业生产的光学树脂还不到总量的５％，中高端树脂市场基本还是空白。本文对传统光学树脂材料和新型光学树脂材料进行了综述。 关键词:光学树脂材料；树脂镜片 上世纪３０年代以前，光学领域的主要材料是光学玻璃，其种类有将近２４０多种，折射率从１．４到２．８，可以选择的范围相当广。眼镜片对比重和抗冲击性能的要求都比较高，然而大部分光学玻璃比重较高，容易破碎。与光学玻璃相比，光学树脂具有质量轻、抗冲击和易加工成型等优点，一经推出，很快就替代了光学玻璃成为眼镜片的主流产品。国外对光学树脂的开发研究工作始于上世纪２０年代，到目前为止已经生产出数十种不同规格的光学树脂，其中，日本、美国、德国和比利时等国家已有多种新型树脂商业化，他们在我国申请大量的专利，期望长久占有中国市场，赚取高额的垄断利润。与国外相比，国内树脂镜片生产厂家研发力量单薄，生产技术大多是通过国外引进，基本没有新型的树脂材料推出。上海伟星光学有限公司是一家以技术为导向的高新技术企业，积极打造自己的技术优势，通过不断的努力开发出新型的树脂材料，商品牌号ＰＵ－１、ＰＵ－２，并已经向国家专利局申请了专利。该技术填补了国内眼镜行业的空白，达到国际先进水平，该项技术将使得中国在光学树脂原料的生产领域占有一席之地。为了让更多的人对光学树脂有更深的了解，本文将分传统光学树脂材料和新型光学树脂材料两类，对光学树脂材料进行综述。 1 传统光学树脂材料 传统的光学树脂材料有聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＡＡ）、聚苯乙烯（ＰＳ）、聚碳酸酯（ＰＣ）和聚双烯丙基二甘醇碳酸酯（ＣＲ－３９）。其中甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物为一种新型的树脂，其名称为ＭＳ；苯乙烯和丙烯氰共聚为另外一种树脂，其名称为ＮＡＳ。表１－１详细介绍了这些树脂的性能，并与光学玻璃进行了比较。 编者按：上海伟星光学有限公司依靠自身研发力量，目前已经成功开发出１．６１和１．６７高折射率聚胺酯树脂镜片单体，并申请两项专利。相关技术填补了国内眼镜行业的空白。伟星光学认为，这只是本土镜片公司走研发创新之路，拥有自主知识产权的第一步，离发达国家在镜片单体研发方面取得的成就还相距甚远。伟星公司开设此专栏，旨在与行业有识之士共同探讨本土企业树脂镜片如何创新——或自主研发、或与国外与国内相关机构合作、或与国外镜片企业达成技术合作，共同推动本土镜片在技术创新领域获得突破，实现产品升级。 光学树脂材料综述 文汪山献松 陈国贵 从表１中可以看出，从折射率角度而言，玻璃的折射率更高，传统光学树脂的折射率相对较低。光学玻璃在阿贝数、玻璃化温度和抗老化方面都有着很好的性能，但是其密度高、冲击强度低，这对于眼镜镜片而言将会带来两个致命的弱点：镜片太重而且容易破碎。基于对眼睛的保护，光学树脂塑料取代了光学玻璃成为眼镜片的主流材料。就传统树脂材料而言，ＰＭＭＡ具有较高的阿贝数和较低的双折射率，光透过时其色散程度很低，但是其折射率和冲击强度较低。ＣＲ－３９是早期最成功的光学树脂，具有很高的阿贝数，较好的抗冲击强度，做成树脂镜片可以通过ＦＤＡ测试（落球实验，美国镜片的检验标准），另外其变性温度很高，有利于镜片的后续加工。ＣＲ－３９树脂是由美国ＰＰＧ公司于１９４５年投放市场的，又名哥伦比亚树脂（Ｃｏｌｕｌｎｂｉａ Ｒｅｓｉｎ），是聚双烯丙基二甘醇碳酸酯的商品名称，单体的结构如下： 因为是烯丙基型双键，聚合活性低，需要高效引发剂如ＩＰＰ、ＥＨＰ引发才能聚合；由于是高度交联，其制品连续使用温度可以承受１００℃，短暂工作温度可以达到１５０℃。随着新型树脂材料的不断推出，ＣＲ－３９由于其折射率太低，在光学树脂领域所占的份额逐年降低，目前已经逐渐淡出中国的镜片市场。ＰＣ具有较高的折光指数，其优良的抗冲击性能受到了广大美国用户的肯定，占据着美国镜片市场的３０％，但是在中国的市场份额较低，最主要的原因是该树脂镜片的阿贝数较低，抗老化性能不好，另外镜片基材较软，不耐磨损。ＰＳ尽管有较高的折射率，但是由于其阿贝数较低、抗老化性能差和抗冲击性能差等多种原因，很少单独作为光学镜片的树脂材料，往往都是和其他材料复合使用。目前，国内市场使用最多的是ＭＳ。ＭＳ 的折射率高于ＣＲ－３９，阿贝数也比ＰＣ高，且该材料加工制备简单，价格比较便宜，受到了广大中国消费者的欢迎。ＮＡＳ 的折射 性能nd νd b b(nm)T%T%UV IPS L H Td R%α ρSR% BK-71.52640.3 9292 565 0.0742.53 光学玻璃SF-21.64340.4 8989 428 8.83.85 光学塑料 PM M A 1.4958-12<209291～922～380～10090～1002.00.71.190.2～0.6 PS 1.5931-15>1009060～702～370～90940.20.81.060.1～0.5 PC 1.5830-1420～1009070～8080～100701300.40.71.20.5～0.8 N A S 1.5734～35-1420～1009070～802～370～90900.80.71.070.2～0.6 PM M A 1.5640-1420～10089882～370～95900.80.81.090.1～0.5 PM M A 1.5058 20～10091902～31001401.01.21.3214nd ：折光指数， νd ：阿贝数， β:折射率温度系数， b ：双折射，T%UV ： UV 照射2000小时后的透光率，IPS ：冲击强度，LH ：洛式硬度，Td ：热变形温度, R%：饱和吸湿率, α：热膨胀系数， SR%：成型收缩率 表1 光学玻璃和光学树脂的性能比较 ■ 【伟星科技?树脂镜片创新论坛】 ■ 060 ■ China Glasses
知识点补遗 1，光电功能材料按物质分类 答：根据材料的物质性进行分类：金属功能材料；无机非金属功能材料；有机功能材料；复合功能材料。 2，晶体的主要特征有哪些？ 答：晶体在宏观上的基本特性：自范性、均一性、对称性、异向性、稳定性。自范性：是指晶体具有自发地形成封闭的几何多面体外形，并以此为其占有空间范围的性质。 均一性：晶体在它的各个不同部分上表现出相同性质的特性，是晶体内部粒子规则排列的反映。 异向性：晶体内部粒子沿不同方向有不同的排列情况，从而导致在不同方向上表现出不同的宏观性质。 对称性：晶体的性质在某一方向上有规律地周期的出现 稳定性： 3，介电晶体的效应有哪些？分别有多少个点群？ 答： （1）压电效应：压电模量，三阶张量，非中心对称晶体。 （2）电致伸缩效应：电致伸缩稀疏，四阶张量， 所有晶体。 （3）热释电效应：热释电稀疏，一介张量，极性 晶体，可自发计划。 （4）铁电晶体：自发极化能随外加电场改变的晶 体。 各种介电晶体（数字表示此类性质的晶类数）： 压电效应： 晶体在受到机械应力的作用时，在其表面上会出现电荷，成为正压电效应。应力是二阶对称张量，其两个下标可以对调，压电模量是三阶张量，从而导致压 电模量中的后两个下标可以对调，此时压电效应可以写成： 逆压电效应：当电场加到具有压电效应的晶体上时，晶体将发生应变。 电致伸缩效应 当作用在晶体上的电场很强时，晶体的应变与电场不是线性关系，必须考虑
平方项，引起应变中的平方项称为电致伸缩效应。， iljk V 成 为电致伸缩系数。 热释电效应 晶体在温度发生变化时，产生极化现象，或其极化强度发生变化，称为热释电效应。当温度较小时，晶体极化强度变化与温度为线性关系。 电热效应：热释电效应的逆效应，即将某种热释电晶体置于电场中，会观察到温度变化。热释电材料主要用于红外探测。 晶体的铁电性质 在外场的作用下，自发极化的方向可以逆转或可以重新取向的热释电晶体。 铁电晶体的分类： (1)无序-有序型铁电晶体（软铁电体） (2)位移型铁电体（硬铁电体）：含有氧八面体构造基元者，也称钙铁矿型铁电体，如铌酸锂、钛酸钡等。 铁电体的宏观特性： (1)电滞回线：铁电体和非铁电体的判据。 非铁电晶体：P-E 关系为线性的。 铁电晶体：P-E 存在电滞回线。 (2)居里温度：晶体的铁电性质在一定的温度范围内存在，如钛酸钡晶体，温度低于120摄氏度是铁电项，高于120摄氏度铁电性消失。实际上是一个相变过程。 部分铁电晶体没有居里温度点，因为未达到相变温度时晶体已经溶解。 4，光率体的表达式和特征，三个轴与椭球截距的意义，折射率面，不沿主轴方向，通过晶体后引起的光程差的判定。 答：上册P-31 5，晶体的非线性光学——香味匹配条件以及实现相位匹配的途径（一种） 答：当激光的光强较强时，其通过物质时，物质内部极化率的非线性响应会对光波产生反作用，可能产生入射光波在和频和差频处的谐波，这种与强光有关不同于非线性光学现象的效应称为非线性效应。 混频效应：和频、差频 当作用于晶体的光场包含两种不同的频率ω1和ω2时，就会产生第三种频率ω 3的光， ω3 =ω1 +ω2相加的称为和频，ω3 =ω1 ?ω2相减的称为差频。 位相匹配： 在二级非线性极化的倍频过程中，入射光波在它经过的各个地方产生二次极化波，各个位置的二次极化波都发射出二次谐波，这些二次谐波在晶体中传播并相互于涉，相互干涉的结果，就是在 实验中观察到的二次谐波强度．这个强度与这些二次谐波的位相差有关．如果位相差为零，即各个二次谐波的位相一致，则相干加强，我们就能观察到产生的二次谐波．反之，则相干相消，我们就观察不到二次谐波。只有当入射光波的传播
有机高分子光电材料 课程编号：5030145 任课教师：李立东 学生姓名：李昊 学生学号：s2******* 时间：2013年10月20日
有机光电材料研究进展 摘要：本文综述了有机光电材料的研究进展，及其在有机发光二极管、有机晶 体管、有机太阳能电池、有机传感器和有机存储器这些领域的应用，还对有机光电材料的未来发展进行了展望。 关键词：有机光电材料；有机发光二极管；有机晶体管；有机太阳能电池；有机传感器；有机存储器 Abstract:This paper reviewed the research progress in organic optoelectronic materials, and its application in fields of organic light emitting diodes(OLED), organic transistors, organic solar cells, organic sensors and organic memories , but also future development of organic photoelectric materials was introduced. Keywords:organic optoelectronic materials; organic light emitting diodes(OLED); organic transistors;organic solar cells; organic sensors; organic memories 0.前言 有机光电材料是一类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管、有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储器等领域。有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分为小分子和聚合物两类。与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能，能够进行自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。近几年来，基于有机高分子光电功能材料的研究一直受到科技界的高度关注，已经成为化学与材料学科研究的热点，该方面的研究已成为21世纪化学、材料领域重要研究方向之一，并且取得了一系列重大进展。 1.有机发光二极管 有机电致发光的研究工作始于20 纪60 年代[1]，但直到1987 年柯达公司的邓青云等人采用多层膜结构，才首次得到了高量子效率、高发光效率、高亮度和低驱动电压的有机发光二极管（OLED）[2]。这一突破性进展使OLED 成为发光器件研究的热点。与传统的发光和显示技术相比较，OLED具有低成本、小体积、超轻、超薄、高分辨、高速率、全彩色、宽视角、主动发光、可弯曲、低功
光电化学传感器的应用研究进展 摘要：光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化，已经成为一种极具应用潜力的分析方法。本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用，并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。 关键词：光电化学；传感器 一、引言 20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。 待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系，是传感器定量的基础。以光电化学原理建立起来的这种分析方法，其检测过程和电致化学发光正好相反，用光信号作为激发源，检测的是电化学信号。和电化学发光的检测过程类似，都是采用不同形式的激发和检测信号，背景信号较低，因此，光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。由于采用电化学检测，同光学检测相比，其设备价廉。 二、光电化学的概述 1、光电化学的工作机理 要了解光电化学的工作原理，首先得研究光催化技术。光催化反应的本质是指在受光的激发后，催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。这里以半导体二氧化钛（TiO ）为例介绍一下光电化 2 学的工作原理。 半导体TiO 具有由价带和导带所构成的带隙，价带由一系列填满电子的轨道构 2 成，而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。当半导体近表面区在受到能量
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！ 1页 电子信息材料PPT 版 0 电子信息材料-绪论 21世纪是信息时代 ●21世纪将全面进入信息时代 ●当前信息的发展以多媒体和数字化为主要特征 ●人类进入了3T 时代 →处理、传输、存储超高容量信息（Tb 即1012bits ） →超高速信息流（Tb/s ） →高频响应（THz ） 信息技术的发展趋势 ●信息技术的几个主要方面： 获取、传输、存储、显示、处理 ●信息技术是依靠电子学和微电子学技术发展 ●信息技术=电子信息技术 ●信息的载体：电子→光电子→光子 20世纪 → 21世纪 →最重要的信息材料：微电子材料 →发展最快的信息材料：光电子材料 →最有前途的信息材料：光子材料 信息技术发展的几个主要方面及相关材料 ●信息材料是信息技术发展的基础和先导 ●以大规模继承电路为基础的电子计算机技术仍是信息处理的而主要技术。DRAM 发展趋势：光刻线愈来愈小（纳米级） ●电子在小于0.1um （纳米范畴）的器件内部的输运和散射会呈现量子化特性，设计器件时要运用量子力学理论。 ●固态纳米器件分类：量子点器件、共振隧穿器件、库伦阻塞效应单电子器件 ●开关、存储器、光电转换元件一般用波导连成回路 ●目前光学器件都是立足于III-V 族半导体化合物材 料，开拓硅基材料，如SiGe/Si 的量子化材料很有前途 ●通讯技术的重大进步：光纤通讯代替电缆和微波通讯（以光子作为信息的载体） ●光纤通讯特点：高容量、无中继传输 ●关键技术：光学放大器、波分复用技术 ●第五代光纤通讯方式： →以相位调制方式和查分检测方式的相干光光纤通信 →理想的光纤内，“孤立子”可以无限传播 →光通信窗口波长移向更长波段（2um-5um ），可使光纤的散射损耗更低 →相干光通信、孤立子光通信和超长波长红外光通信是可预见的第五代光通信 ●发展新材料始终是光通信中的核心问题 ●光纤放大器的材料要满足高的宽频带增益，并能应用于不同的通信窗口（1.3um-1.55um ） ●提高磁存储密度主要依赖于改进磁介质材料 ●写入头要求更高的磁矩，读出头要求更高的磁电阻 ●光存储技术特点： →存储寿命长 →能非接触式读、写和擦 →信息的信噪比（CNR ）高 →信息位的价格低 ●短波长记录的高密度光盘存储介质分类： →磁光存储介质 →相变型存储介质 →波长吸收范围更短的有机存储介质 ●光存储主要发展方向： →利用近场光学扫描显微镜进行高密度信息存储 →运用角度多功、波长多功、空间多功与移动多功等的全信息存储 →发展三维存储技术 信息显示技术 ●阴极射线管（CRT ） ●平板显示技术 ●液晶显示技术：有源矩阵型（AML ）、双端装置型（TTD ） 薄膜晶体管（TFT ） ●场致发射显示（FED ）：只能用于较小的显示器 ●等离子体显示（PDP ） 探测器与传感器材料 ●按光电转换方式光电探测器可分为光电导型、光生伏打型（势垒型）和热电偶型。 ●光电探测器最大的进展： →用超晶格（量子阱）结构提高了量子效率、响应时间和集成度。 →制成探测器阵列，可以用作成像探测 ●传感器材料主要分两类：半导体传感器材料和光纤传感器材料。 激光材料 ●GaN 是能够获得最短波长的半导体激光器 ●通过量子阱中的量子级联而发展的中红外半导体激光器 光功能材料 ●主要是无机非线性光学晶体：KTP 、BBO 、LBO 、LiNbO 3、K(Ta ，Nb)O 3 ●三次非线性光学材料：声光玻璃和磁光玻璃 1 微电子芯片技术发展对材料的需求 概述 ●21世纪的微电子技术将从目前的3G 逐步发展到3T ●微电子技术的进展有赖于材料科学和技术的巨大贡献： →集成电路本身是制造在各相关体或薄膜材料之上 →制造过程中也涉及到一系列材料问题 衬底材料 ●半导体衬底材料是发展微电子产业的基础 ●集成电路对硅材料的主要要求及发展趋势： →晶片（wafer ）直径越来越大
姓名：高东阳 学号：1511090121 学院：化工与材料学院专业：化学工程与工艺班级：B0901 指导教师：张芳 日期： 2011 年12月 7日
半导体材料的研究综述 高东阳辽东学院B0901 118003 摘要：半导体材料的价值在于它的光学、电学特性可充分应用与器件。随着社会的进步和现代科学技术的发展，半导体材料越来越多的与现代高科技相结合，其产品更好的服务于人类，改变着人类的生活及生产。文章从半导体材料基本概念的界定、半导体材料产业的发展现状、半导体材料未来发展趋势等方面对我国近十年针对此问题的研究进行了综述，希望能引起全社会的关注和重视。 关键词：半导体材料，研究，综述 20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。彻底改变人们的生活方式。在此笔者主要针对半导体材料产业的发展、半导体材料的未来发展趋势等进行综述，希望引起社会的关注，并提出了切实可行的建议。 一、关于半导体材料基础材料概念界定的研究 陈良惠指出自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体、和绝缘体三大类。半导体的电导率在10-3～ 109欧·厘米范围。在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而增大，这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。[1] 半导体材料（semiconductormaterial）是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。[2]随着社会的进步以及科学技术的发展，对于半导体材料的界定会越来越精确。 二、关于半导体材料产业的发展现状及解决对策的分析 王占国指出中国半导体产业市场需求强劲，市场规模的增速远高于全球平均水平。不过，产业规模的扩大和市场的繁荣并不表明国内企业分得的份额更大。相反，中国的半导体市场正日益成为外资公司的乐土。[3]
材料科学与工程专业（电子信息材料方向）培养方案专业负责人：刘敬松分管院长：霍冀川院学术委员会主任：卢忠远 一、修业年限及授予学位名称 学制4年，最低毕业学分170，允许学习年限为3-6年。授予工学学士学位。 二、培养目标 本专业培养适应社会主义现代化建设需要，德、智、体、美全面发展，具备人文社会科学、自然科学、计算机基础、材料科学、材料工程、电子测量等方面的基本理论与基本知识，具有从事电子材料与器件生产和开发的基本能力，能在生产企业、科研院所等单位从事电子材料及器件生产、检验、设计、开发与研究等方面工作的应用型高级工程技术人才 三、培养规格及要求 本专业学生在学习数学、物理、外语、计算机和人文社会科学知识的基础上，主要学习材料科学基础、固体物理、电介质物理、半导体物理、电子材料工艺学、现代材料分析测试技术、电子材料测量技术的基本理论和基本知识，受到工程师的基本训练，掌握运用现代理论和先进科技手段，具有解决电子材料及器件生产中工程问题的基本能力，并能够进行新型电子材料与器件的开发与研制。 毕业生应能获得以下几方面的知识和能力： 1、掌握材料科学与工程的基本理论和基本知识； 2、掌握电子材料合成与制备的基本方法；掌握电子材料微观结构分析表征的常用技术和电性能的测试方法； 3、具有对电子材料微观结构与电性能进行综合分析的初步能力；具有电子材料应用设计、电子器件生产与检测的初步能力；具有解决产品生产中各种工艺问题的能力；具有新型电子材料及器件开发与研制的初步能力； 4、了解电子材料及器件的理论前沿与技术发展动态；并具有较强的自学能力，了解信息技术、微电子学等相关交叉学科的基本知识； 掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究能力和一定的实际工作能力。 四、主干学科与专业主干课程 主干学科：材料科学与工程、电子信息材料 专业主干课程：高等数学、大学物理、外语、无机与分析化学、材料科学基础、材料科学基础实验、半导体物理、固体物理、电介质物理、电子陶瓷、电子材料综合实验 五、学位课程 高等数学、综合外语、VB程序设计、无机与分析化学、物理化学、材料科学基础、材料科学基础A实验、固体物理、电介质物理、电子信息材料综合实验 六、学分分配 类别 公共基础学科基础专业 合计 其中 选修 其中 实践必修选修小计必修选修小计必修选修小计 理论课程学分59 16 75 22.5 22.5 25 18.5 43.5 141 34.5 15 集中实践学分 5 1 6 0 0 21 2 23 29 3 29 学分合计64 17 81 22.5 22.5 46 20.5 66.5 170 37.5 44 比例%37.6 10.0 47.6 13.2 13.2 27.1 12.1 39.1 100 22.1 25.9
纳米光电材料 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
纳米光电材料 1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下： 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-)受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h+)，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 2.分类：纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种：1.按用途分类： 光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3] 2.按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3.按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。 一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。分为纳米线和纳米管。 纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜[5]。 纳米光电材料具有纳米材料的四种特性（量子、.....) 3.纳米光电材料的制备方法 制备纳米材料的方法有很多，根据不同的纳米光电材料及其用途有不同的制备方法。 1.化学沉淀法： 通过在原料溶液中添加适当的沉淀剂，让原料溶液中的阳离子形成相应的沉淀物(沉淀颗粒的大小和形状由反应条件来控制)，然后再经过滤、洗涤、干燥、
有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述 电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料OLED。 一.原理部分 与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作
工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。
半导体材料的发展现状及未来展望 智能1601 41623405 吕懿 前言： 半导体材料（semiconductor material）是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm 范围内）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。 1、 第3代半导体材料及应用 半导体材料的发展可以划分为三个时代。 第1代半导体材料以硅(Si)和锗(Ge)等元素半导体材料为代表，奠定了微电子产业基础。其典型应用是集成电路(Integrated Circuit,IC)，主要应用于低压、低频、低功率晶体管和探测器，在未来一段时间，硅材料的主导地位仍将存在。但硅材料的物理性质限制了其在高压和高频电子器件上的应用。 第2代半导体材料以GaAs和磷化锢(InP)为代表，奠定了信息产业基础。GaAs材料的电子迁移率是Si的6倍，具有直接带隙，故其器件相对Si器件具有高频、高速的性能，被公认为是很合适的通信用半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛且不可替代。 然而，由于禁带宽度范围不够大、击穿电场较低，限制了其在高 温、高频和高功率器件领域的应用。另外，GaAs材料具有毒性，对环境和人类健康存在威胁。 第3代半导体材料是指带隙宽度明显大于Si(1.1eV)和GaAs(1.4eV)的宽禁带半导体材料(2.0-6.0eV)，包括III族氮化物〔如氮化稼 (GaN)、氮化铝(A1N)等〕，碳化硅(SiC)，宽禁带氧化物〔(如氧化锌(ZnO)、氧化稼(Ga2O3)、钙钦矿(CaTiO3)等)〕及金刚石薄膜等宽禁带半导体材料。与第1代、第2代半导体材料相比，第3代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质，第3代半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，而且在高电压、高频率状态下更为可靠，此外还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。 第3代半导体材料主要有3大应用领域:电力电子、微波射频和光电子。产业链主要包括材料、器件和应用环节，具体如图1所示。它具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，是固态光源、下一代射频和电力电子器件的“核心”，在半导体照明、消费类电子、5G移动通信、新能源汽
光电显示6 1、光电子技术是当今世界上竞争最为激烈的高新技术领域之一。光电显示技术是将电子设备输出的电信号转化为视觉可见的图像、图形、数码及字符等光信号。 2、所谓显示,就是指对信息的表示。在信息工程领域中,把显示技术限定为基于光电子手段产生的视觉效果,即根据视觉可识别的亮度、颜色,将信息内容以光电信号的形式传达给眼睛产生的视觉效果 3、1897年德国人布劳恩发明阴极射线管。全世界第一支球形彩色布劳恩管于1950年问世。虽然存在体积、重量方面的缺点,但是人们关心的屏幕上显示图像的质量,如亮度、对比度、分辨率、视野角、刷新频率和响应时间等综合性的视觉性能。 4、光电显示器件的分类:如果根据收视信息的状态分类,可分为以下几种:直观型、投影型、空间成像型。 5、从显示原理的本质来看,光电显示技术利用了发光和光电效应两种物理现象。所谓光电效应是指加上电压后物质的光学特性(如折射率、反射率、透射率等)发生改变的现象。因此,根据像素本身发光与否,又可将显示器间分为以下两大类,主动发光型和被动发光型。 6、光的基本特性:光是一种波长很短的电磁波其波长为380-780nm。频率*10^*10^8MHZ 7、光通量光源单位时间内的光量称为光通量,符号Φ,单位流明。 8、发光强度光源在给定方向的单位立体角辐射的光通量为发光强度,符号I单位坎德拉。 9、光照度单位受光面积上所接受的光通量称为光照度,符号E,单位勒克斯。 10、亮度垂直于传播方向单位面积上的发光强度称为亮度,符号L,单位 cd/m2。 11、视觉二重功能:人的视觉具有明视觉功能和暗视觉功能。 12、暗适应:当从明亮的地方进入黑暗环境,或突然关掉灯,要经过一段时间才能看清物体,这就是暗适应现象。明适应:从黑暗环境到明亮环境变化的逐渐习惯过程为~
8 有机光电材料研究进展与发展趋势 ◆邱勇 (清华大学，北京100084） 摘要：本文综述了有机光电材料的研究进展，及其在有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机太阳电池、有机传感器和有机存储器等领域的应用；介绍了清华大学在有机发光技术方面取得的进展。 关键词：有机光电材料，有机发光二极管，有机场效应晶体管，有机太阳电池 中图分类号：O62; O484 文献标识码：A 0 前言 有机光电材料是一类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管、有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储器等领域。有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分为小分子和聚合物两类。与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能，能够进行自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。 有机光电材料与器件的发展也带动了有机光电子学的发展。有机光电子学是跨化学、信息、材料、物理的一门新型的交叉学科。材料化学在有机电子学的发展中扮演着一个至关重要的角色，而有机电子学未来面临的一系列挑战也都有待材料化学研究者们去攻克。 1 有机发光二极管 有机电致发光的研究工作始于20纪60年代[1]，但直到1987年柯达公司的邓青云等人采用多层膜结构，才首次得到了高量子效率、高发光效率、高亮度和低驱动电压的有机发光二极管（O LE D）[2]。这一突破性进展使OLED 成为发光器件研究的热点。与传统的发光和显示技术相比较，OLED 具有驱动电压低、体积小、重量轻、材料种类丰富等优点，而且容易实现大面积制备、湿法制备以及柔性器件的制备。 近年来，OLED 技术飞速发展。2001 年，索尼公司研制成功13英寸全彩OLED 显示器，证明了OLED 可以用于大型平板显示；2002 年，日本三洋公司与美国柯达公司联合推出了采用有源驱动OLED 显示的数码相机，标志着OLED 的产业化又迈出了坚实的一步；2007 年，日本索尼公司推出了11英寸的OLED 彩色电视机，率先实现OLED 在中大尺寸、特别是在电视领域的应用 收稿日期：2010-7-2 修订日期：2010-8-25 作者简介：邱勇（1964-），男，清华大学教授、博士生导师，清华大学党委常委、副校长，“国家杰出青年科学基金”获得者，长江学者特聘教授，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任，国家“十一五”863“新型平板显示技术”重大项目总体专家组组长。长期从事有机光电材料、器件及产业化相关研究工作。