Theoretical description of charge transport in disordered organic semiconductors

Abstract

Twenty years ago Heinz Bässler published in this journal the seminal review article on charge transport in disordered organic semiconductors [Phys. Status Solidi B 175, 15 (1993)], which has become one of the most popular references in this research field. Thanks to this paper, our understanding of charge transport in disordered organic materials has been essentially improved in the past two decades. New theoretical methods have been developed and new results on various phenomena related to charge transport in disordered organic materials have been obtained. The aim of the current review is to present these new theoretical methods and to highlight the most essential results obtained in their framework. While theoretical consideration in the article by Bässler was based on computer simulations, particular attention in the current review is given to the development of analytical theories. Dependences of charge carrier mobility and diffusivity on temperature, electric field, carrier concentration and on material and sample parameters are discussed in detail. Schematic behaviour of charge carriers within the Gaussian density of states (DOS)

Полевая Диффузия В Неупорядоченных Органических Материалах В Условиях Заполнения Глубоких Состояний

“…В органических материалах, вслед-ствие слабости межмолекулярного взаимодействия, все состояния локализованы. Общепринято, что транспорт носителей является прыжковым, т. е. представляет со-бой цепочку некоррелированных туннельных перескоков между локализованными состояниями с участием фоно-нов [1,2]. В этом случае нет физического различия между " проводящими состояниями" и " ловушками".…”

“…В дальнейшем рассмотрено гауссово распределение локализованных состояний по энергии, типичное для органических материалов [1,2]:…”

“…Следующее приближение находим, учитывая произ-водную по времени в уравнении (2) в нулевом при-ближении. Анализ существенно упрощается, если ква-зиуровень Ферми лежит существенно ниже характерной энергии −σ 2 /kT , при этом величина подвижности не зависит от концентрации носителей [2,15], так что мож-но использовать уравнение (7). Поправка к ρ (0) найдена вычислением ∂ρ/∂t (см.…”

“…Перенос (транспорт) носителей заряда -это один из базовых физических процессов, определяющих характеристики электронных устройств. Транспорт является прыжковым [1,2], т. е. происходит путем некоррелированных туннельных перескоков меж-ду локализованными состояниями, энергии которых раз-бросаны в широких пределах (ширина распределения много больше тепловой энергии), закон сохранения энергии при переходах обеспечивается взаимодействием с фононами (колебаниями решетки). Подвижность в достаточно толстых слоях органических материалов, как и других высокоомных полупроводников, при не слишком малой толщине слоя (значительно превыша-ющей глубину поглощения возбуждающего излучения) обычно измеряется по времяпролетной методике [1], которая предполагает генерацию избыточных носителей заряда (обычно импульсом ультрафиолетового света).…”

“…Известно, что сигнал переходного тока, наблюдаемый в экспериментах по измерению времени пролета, имеет аномально широкий участок убывания при временах, превышающих время пролета, даже если до времени пролета наблюдается участок постоянства тока, так что постоянное значение подвижности успело устано-виться [1,3]. Во многих случаях, наблюдаемый сигнал может быть описан на основе уравнения непрерывности, которое включает не зависящие от времени подвижность и коэффициент диффузии, но последний оказывается много больше, чем следует из известного соотношения Эйнштейна [1][2][3][4][5]. Таким образом, дисперсия (разброс координат) дрейфующего пакета носителей заряда ано-мально велика, несмотря на отсутствие дисперсионного транспорта [1].…”