【摘要】 物理上，决定电子和光电子性质的态密度(DOS)对载流子输运非常重要

在过去的几十年里，由于载流子输运对有机半导体器件性能的重要性，有机半导体中的载流子输运得到了广泛的研究[。众所周知，与无机半导体不同，大多数有机半导体中的载流子输运是在无序系统中进行的。因此，很难建立一个统一的模型来解释无序有机半导体在不同条件下的载流子输运。Qin[1]等人提出了一种基于前沿轨道理论和概率统计的无序有机半导体DOS理论。通过与其他DOS方案和实验数据的比较，验证了本文提出的DOS计算的迁移率比传统DOS更接近实验数据。

 

此外，他们还提供了一种详细的方法来选择DOS参数，以便更好地使用所提出的DOS。还对DOS参数进行了预测，并通过实验数据进行了验证。更重要的是，通过平衡能量理论和输运能量理论解释了所提出的DOS参数的物理意义，使所提出的模型更加合理。与基于高斯和指数DOS的改进DOS相比，本工作是将概率理论与无序有机半导体中DOS相关的物理理论相结合的新尝试，对进一步研究DOS的性质具有重要意义。

 

物理上，决定电子和光电子性质的态密度(DOS)对载流子输运非常重要[5]。到目前为止，还没有直接的实验证据来验证具体的DOS模型。因此，确定DOS最常用的方法是利用实验和理论结果之间的一些试验DOS函数，将实验数据与相应的理论进行比较。

 

他们提出了一种基于概率统计和前沿轨道理论的DOS函数模型，而不是对高斯DOS和指数DOS的改进。与高斯DOS和指数DOS相比，它能更好地拟合有机半导体中载流子浓度和电场对载流子迁移率的依赖关系。此外，我们还提供了一种详细的方法来选择DOS参数，以更好地利用所提出的DOS模型，并分析了电场下的迁移率饱和度。并对DOS参数进行了预测，并通过实验数据进行了验证。

 

图1 a)不同DOS与实验数据对迁移率浓度依赖性的比较。(b)不同DOS与迁移率电场依赖性实验数据的比较。[1]

 

一般来说，根据前沿轨道理论，无序有机半导体中电子和空穴的转移分别发生在LUMO(最低未占据分子轨道)和HOMO(最高已占据分子轨道)上。换句话说，无序有机半导体的DOS是LUMO和HOMO附近量子态概率分布的描述。

 

图2 (a,b)参数p和q对迁移率随浓度的影响。(a,b)中的三角形表示图3b计算出的??点。(c)浓度对电场迁移率的影响。(d) DOS参数对电场迁移率的影响。(c,d)中的黑色箭头表示流动性开始快速增长的位置，(c,d)中的红色箭头表示饱和的位置。[1]

 

综上所述，他们提出了一种新的无序有机半导体DOS。所提出的DOS呈现正偏态分布，既不像高斯DOS那样对称，也不像指数DOS那样单调。基于DOS的迁移率模型可以很好地拟合高浓度和低浓度下的实验数据，以及与迁移率相关的电场。利用平衡能理论和输运能理论解释了DOS参数的物理意义，并进行了预测。

 

通过计算和分析，最终结果与实验数据一致，验证了他们的预测。此外，基于此DOS的移动性的良好拟合效果也是安德森定位理论的一种证明。这一提议为未来有机半导体中载流子输运的研究提供了令人印象深刻的潜力。

 

[1] Qin, D.; Chen, J.; Lu, N. A Novel Density of States (DOS) for Disordered Organic Semiconductors. Micromachines 2023, 14, 1361.

 

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