Диссертация (1137321)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиУДК 538.97-405Никеров Алексей ВикторовичТРАНСПОРТ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В МОЛЕКУЛЯРНОДОПИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРАХСпециальность 01.04.07 - физика конденсированного состоянияДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математическихМосква - 2016СОДЕРЖАНИЕВведение2Глава 1. Критический обзор литературы.7Глава 2. Методика испытаний и предварительные экспериментальные31результаты.2.1. Экспериментальная установка312.2. Приготовление образцов МДП.352.3. Роль полимерной матрицы в формировании кривых переходного36тока, измеренных радиационно-индуцированным методом.2.4. К вопросу о природе плато на времяпролетных кривых в МДП.41Глава 3.

Расчетно-экспериментальные результаты и их обсуждение.463.1. Особенности полевой зависимости подвижности в режиме46неравновесного транспорта3.2. Особенности температурно-полевой зависимости подвижности563.3. Универсальность транспорта носителей заряда в молекулярно64допированных полимерах.Глава 4. Радиационная электропроводность МДП и полимеров.744.1. Бимолекулярная рекомбинация носителей заряда в МДП с74предельно низкой концентрацией допанта.4.2.Радиационно-импульснаяэлектропроводностьполимеровв78сильных электрических полях.Основные выводы84Литература861Актуальность темы.Молекулярно допированные полимеры (МДП) представляют собойтвердый раствор низкомолекулярного соединения (допанта) в полимересвязке.

В настоящее время подобные полимеры широко используются вкачестве транспортных слоев в таких устройствах, как множительныеаппаратыилазерныепринтеры,многослойныеполимерныесветоизлучающие диоды индикаторов информации большой площади, атакже в модуляторах световых пучков.Дляопределенияподвижностиносителейзаряда(основнойхарактеристики транспорта) традиционно использовали оптический вариантвремени пролета как при прямой ионизации молекул допанта в тонком(порядка 0.2 мкм) приповерхностном слое, так и при инжекции подвижныхносителей заряда (обычно, дырок) из специального генерационного слоя. Втечение 10 лет, начиная с 1980 г, проведены многочисленные исследованиятемпературной, полевой и концентрационной (относительно молекулдопанта) зависимостей подвижности в МДП, предложена модель гауссовабеспорядка (МГБ) для интерпретации полученных результатов, а такжебазирующийся на ней формализм дипольного беспорядка.

В 1998 г.предложена модель дипольного стекла (МДС), позволившая впервыеобосновать полевую зависимость подвижности по закону Пула-Френкеля,этогокраеугольногокамняформализмадипольногобеспорядка.Полуэмпирические формулы, предложенные в этих моделях для обработкиэкспериментальныхданных,относятсякквазиравновесномурежимутранспорта с практически постоянной подвижностью.РазработаннаявМИЭМрадиационно-индуцированнаяметодикавремени пролета, использующая пучки моноэнергетических электронов вдиапазоне энергий от 1 до 50 кэВ, позволила существенно расширитьэкспериментальные возможности изучения транспорта носителей заряда внеупорядоченных органических системах и установить тот факт, что вдействительности транспорт носителей заряда в большинстве МДП является2неравновесным, при котором подвижность и коэффициент диффузии неявляются постоянными величинами.В литературе этот вопрос так и не получил должного внимания.

Сточкизренияподвижностиэлектрооптическогооттолщиныустройстватранспортногослоянеявнаяможетзависимостьбытьлегкоподкорректирована при проведении инженерных испытаний еще на этапе егоразработки. С научной точки зрения этот вопрос имеет фундаментальноезначение, поскольку определение параметров моделей требует теперьприменения не полуэмпирических формул, а полномасштабных численныхрасчетов моделей с подгоночными параметрами и последующим сравнениемполученных результатов с экспериментом. Учитывая многофакторностьзадачи, мы сталкиваемся при ее решении с проблемой неоднозначности длязначений параметров модели.Перечисленные выше обстоятельства свидетельствуют об актуальностипроведения исследований в области транспорта носителей заряда в МДП сособым вниманием к вопросу о роли неравновесности транспорта в этомфизическом явлении.Цель работы.Установление характера влияния неравновесности транспорта натемпературно-полевую зависимость подвижности носителей заряда в МДП ибимолекулярную рекомбинацию в них.Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: Проанализированы существующие модели транспорта носителейзарядавМДП,используемыедляописаниятемпературно-полевойзависимости подвижности носителей заряда в МДП и бимолекулярнойрекомбинации в них. На основе модели многократного захвата выполнены расчетывремяпролетных кривых с параметрами для модельного МДП в широкоминтервале полей и температур как для однородного, так и двухслойного3образцаполимера,ипроведеносравнениессуществующимиэкспериментальными данными. Определена роль полимерной матрицы в формировании переходноготока в МДП при проведении исследований с использованием радиационноиндуцированного метода времени пролета при коротких временах послепрохождения импульса излучения.Научная новизна.Методомчисленногомоделированиясиспользованиеммоделимногократного захвата с предписанной полевой зависимостью частотногофактора впервые показано, что неравновесность транспорта оказываетсильное влияние на характер проявления эффекта Пула-Френкеля в МДП.Так, при истинном значении константы Пула-Френкеля 0.39 (мкм/В)1/2 еезначение, найденное обработкой расчетных кривых, заметно выше, а именно0.52 и даже 0.7 (мкм/В)1/2 для ММЗ-г с  = 0.123 и 0.165 эВ соответственно.Это дает основание считать, что при определении параметра Пула-Френкелянеобходимо учитывать неравновесный характер транспорта носителей зарядав МДП.Установлено, что модель многократного захвата для двухслойнойструктуры образца МДП объясняет образование горизонтального плато навремяпролетных кривых при соответствующей толщине слоя генерации.Однако постоянство его формы при изменении электрического поля в 10 разкак в сторону увеличения, так и его уменьшения от стандартного значения 20В/мкм наблюдается только для экспоненциального, но не гауссовараспределения ловушек по энергии.

Подобное различие может бытьиспользовано для дифференциации типа энергетического распределенияловушек в МДП.Теоретическипоказаноиэкспериментальноподтверждено,чтобимолекулярная рекомбинация избыточных носителей заряда в условияхнеравновесного транспорта является квазиланжевеновской при ее трактовке в4рамках модели РФВ, даже в МДП с предельно низкой концентрациейдопанта (до 6 мас%).Экспериментально показано, что ионизация полимерной матрицы врадиационно-индуцированном методе не оказывает заметного влияния натранспорт дырок по молекулам допанта.

Подтверждено, что при энергиибеспорядка, большей 0.11 эВ, транспорт носителей заряда в МДП являетсянеравновеснымвтипичныхусловияхпроведениявремяпролетногоэксперимента (температура 293 К, поле 5- 60 В/мкм, толщина образцов 10-25мкм) несмотря на то, что на кривых переходного тока может наблюдатьсягоризонтальное плато.Практическая ценность.1. Модернизирована лабораторная методика, позволяющая в единомцикле, без разгерметизации, проводить исследования транспортных свойствмолекулярнодопированныхполимеровсвысокойразрешающейспособностью.2.ПредложенамодификациямоделиРФВрадиационнойэлектропроводности полимеров путем введения в нее полевой зависимостичастотного фактора по закону Пула-Френкеля и продемонстрированаэффективностьэтогоприеманапримерерадиационно-импульснойэлектропроводности полистирола в сверхсильных электрических полях, так ине находившей разумного объяснения до самого последнего времени.На защиту выносятся следующие положения:Неравновесность транспорта оказывает сильное влияние на характерпроявления эффекта Пула-Френкеля в МДП.

Так, при истинном значенииконстанты Пула-Френкеля 0.39 (мкм/В)1/2 ее значение, найденное обработкойрасчетных кривых, заметно выше, а именно 0.52 и даже 0.7 (мкм/В)1/2 дляММЗ-г с  = 0.123 и 0.165 эВ соответственно.Результатычисленногомоделирования,которыепоказали,чтоэффективный параметр  снижается с увеличением электрического поля,5составляя 0.119 (5 В/мкм) и 0.079 эВ (100 В/мкм) при неизменном исходномэнергетическом распределении ловушек с  = 0.13 эВ.Постоянство формы плато при изменении электрического поля на 2порядка наблюдается только для экспоненциального, но не гауссовараспределения ловушек по энергии. Подобное различие может бытьиспользовано для дифференциации типа энергетического распределенияловушек в МДП.Бимолекулярная рекомбинация избыточных носителей заряда в условияхнеравновесного транспорта является квазиланжевеновской при ее трактовке врамках модели РФВ, даже в МДП с предельно низкой концентрациейдопанта (до 6 мас%).Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывалисьна международной конференции "Радиационная физика твердого тела" в2013 г. и на расширенных научных семинарах (с приглашением специалистовиз МГУ и РАН) Учебно-исследовательской лаборатории Функциональнойбезопасности космических аппаратов и систем МИЭМ НИУ ВШЭ в 2014 и2015 году.Публикации.Материалы,отражающиеосновноесодержаниедиссертации изложены в 6 научных публикациях, в том числе в 5 статьях изперечня ВАК и 1 докладе на международной конференции.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,четырех глав, общих выводов и содержит 99 стр. машинописного текставключая 25 иллюстраций, 4 таблицы и список цитируемой литературы.6ГЛАВА 1. Критический обзор литературы.Систематическое изучение транспорта избыточных носителей зарядав органических неупорядоченных материалах, прежде всего его механизма, атакже полевой зависимости подвижности электронов и дырок началось с1970 года в связи с бурным развитием электрофотографии американскимифирмами Xerox, IBM и Kodak.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации