直接复合形成激子和通过陷阱中心复合形成激子
太阳能电池单分子复合和陷阱复合
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半导体器件物理课件——第八章
GaAs, n ，p 所30以它们是制造LE
8.3.2量子效率
2.辐射效率 • 发生辐射复合的电子数与总的注入电子数比：
r
Ur U r Unr
Ur
n
r
U nr
n
nr
r
1
1r
nr
r
（8-16） （8-17） （8-18） （8-19）
8.3.2量子效率
三种可能的复合过程
Ec
Et
R1
Ev
R3 浅施主能级Ed
8.1.1辐射复合
.带间辐射复合
带间辐射复合是导带中的电子直接跃迁到价带与价带中的空穴复合。发射的光子的能量接近等于半 导体材料的禁带宽度。
由于半导体材料能带结构的不同，带间辐射复合又可以分为直接辐射复合和间接辐射合两种:
导带
导带
价带
价带
图8-1 带间复合：（a）直接 能隙复合（b）间接能隙复合
8.1.1 辐射复合
8.3.2量子效率
• 1.注射效率
h
Eg
h ＞ Eg Eg
h ＜ Eg
（a）
（b）
图8-12 带尾对带带复合的影 响；（a）型，（b） 型
r
In
In I p Irec
8.3.2量子效率
注射效率就是可以产生辐射复合的二极管电流在二极管的总电流中所占的百 分比。
• 根据（8-15）式提高注射效率的途径是：
h
Eg
En exc
NEp
（8-8）
式中 NE表p 示吸收或放出能量为 的E p 个N声子。
8.1.1辐射复合
5.激子复合
束缚激子：
若激子对杂质的结合能为
E
，则其发射光谱的峰值为
激子的产生与复合--Chapter-4
第四章激子的产生与复合激子是电子—空穴束缚在一起的激发单元。
低激发密度下，激子可视为独立的粒子，激子间相互作用可忽略。
高激发密度下，激子间相互作用会形成激子分子。
强耦合下，激子可进一步凝聚成电子—空穴液滴（e-h droplet/e-h plasma)激子的产生（吸收）与复合过程具有特征性2008-4-11激子的概念带边吸收光谱的精细结构2008-4-12特征:吸收边低能侧出现一系列吸收峰吸收强度高于吸收边吸收峰的出现不伴随光电导n=1,2,3……对应于自由激子的吸收谱D0-X对应于中性施主杂质上束缚激子的吸收吸收不是来源于价带电子到导带的跃迁,可能来源于价带电子到导带以下某些能级的跃迁.2008-4-13吸收不是来源于价带电子到导带的跃迁,可能来源于价带电子到导带以下某些能级的跃迁.哪些因素可能引起导带以下的能量?杂质或缺陷声子这些原因都不能解释上述现象:(1)完整本征半导体中没有杂质或缺陷(2)声子参与的吸收强度很低, 低温主要是声子发射什么原因引起了体系能量降低?2008-4-14什么原因引起了体系能量降低?可能的解释:电子和空穴束缚在一起降低原子体系的能量实验证据: 不伴随光电导激子（exciton)——固体中的元激发态或激发态的量子由于库仑相互作用束缚在一起的电子-空穴对。
激子可作为一个整体（准粒子）在固体中运动，传播能量和动量，不传播电荷。
（不伴随光电导）激子是低于带隙的激发态。
在一定条件下（如温度），激子会被离解成自由电子和空穴。
2008-4-152008-4-16激子结合能激子结合能——激子离解成自由电子和空穴所需的能量。
半导体的激子结合能通常较小，通常在室温(26 meV) 下就可离解。
碱卤化合物的激子结合能通常较大。
某些材料的激子结合能GaN 25 meVZnO 60 meV激子的分类根据束缚程度的强弱，激子可分为1 紧束缚激子（Frenkel激子）—束缚半径约在一个原子范围内，一般形成于绝缘体中。
半导体物理第九章--半导体的光学性质
用透射法测定光在媒质（半导体） 中的衰减时发现, 光的衰减与光 强成正比, 若引入正比例系数α （光吸收系数）
dI I x
dx
光强在半导体媒质中的衰减规律
I x I0 expx
I0表示在表面（x=0）处入射光的强度 α的物理意义: 光入射导半导体内被吸收，使光强减小到原值 的1/e时，光波在半导体中所传播的距离即是吸收系数的倒数
本征吸收
0 :引起本征吸收的最低频率限；
cm1 100
0：本征吸收长波限
75
50
0
hc Eg
1.24eV Eg (eV )
[m]
25
0 4 8 12 16 μm
InSb的吸收谱
9.1 半导体的光吸收 9.1.2 本征吸收
3.光吸收时半导体中电子的跃迁要求
——能量守恒, 准动量守
恒。
很小
能量守恒和动量守恒E h h a E'
d2
vd
n E
n
V d
9.2 半导体的光电导 9.2.3 复合中心和陷阱对光电导的影响
高阻光电材料中典型 的复合中心对光电导 的影响:这样的材料对 光电导起决定作用的 是非平衡多数载流子, 因为非平衡少数载流 子被陷在复合中心上, 等待与多数载流子的 复合。
9.2 半导体的光电导 9.2.3 复合中心和陷阱对光电导的影响
定光照下，定态光电导Δσs（对应Δns）越大，其 光电导灵敏度也越高。
前面推导的小注入时的Δσs公式为:
s qbI nn
可以看出，如果考虑到光电导灵敏度的话，材料光 电导的弛豫时间（由寿命τ来体现）越大，光电导 的定态值也越大（即光电导灵敏度越高）。
9.2 半导体的光电导 9.2.2 定态光电导及其弛豫过程
三重态激子的演化机制与应用探索
三重态激子的演化机制与应用探索1.引言1.1 概述概述三重态激子是指在固体材料中形成的一种电子-空穴对和激子之间的复合物。
这种激子具有特殊的电子结构和能量级别，使其在光电子学、能源和材料科学领域中具有广泛的应用前景。
在过去的几十年里，科学家们对三重态激子的性质和演化机制进行了广泛的研究。
通过实验和理论模拟，我们可以了解到三重态激子的形成和衰变过程，以及其在光学和电学性质上的独特特性。
本文将首先介绍三重态激子的定义和特性，包括其形成机制和能量特征。
接着，我们将重点探讨三重态激子的演化机制，包括电子-空穴对的形成、激子的激发和衰变过程等。
这些研究在进一步理解三重态激子的行为和性质方面具有重要意义。
在结论部分，我们将对三重态激子演化机制的理解与应用进行总结和讨论。
我们将重点介绍三重态激子在光电子学和能源领域的潜在应用，如光电转换、光催化和能量传输等。
此外，我们还将探讨未来研究的方向，包括材料设计和制备、激子动力学的研究等，以期进一步推动三重态激子相关领域的发展。
通过对三重态激子的演化机制和应用进行全面的探索，我们可以更好地理解和利用这一复合物的特性，为光电子学和材料科学领域的发展做出贡献。
希望本文能够为关于三重态激子的研究和应用提供一定的参考和启示。
文章结构是一篇文章的骨架，它需要清晰地展示整篇文章的逻辑顺序和章节安排。
对于本文《三重态激子的演化机制与应用探索》，文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 三重态激子的定义和特性2.2 三重态激子的演化机制3. 结论3.1 对三重态激子演化机制的理解与应用3.2 未来的研究方向在引言部分之后，我们进入正文，其中包含了两个主要部分。
第一部分是对三重态激子的定义和特性的介绍，这部分将对三重态激子进行全面而准确的阐述，包括其定义、形成条件、稳定性等方面的内容。
第二部分是对三重态激子演化机制的探究，这部分将重点讨论三重态激子在化学反应中的形成、变化和衰变机制，以及与其他物质相互作用的过程。
半导体激光器发光原理及工作原理
半导体激光器发光原理及工作原理激光器是一种能够产生高强度、高单色性和高直线度的光束的装置，它在许多领域都有广泛的应用，包括通信、医疗、材料加工等。
半导体激光器是其中一种常见的激光器类型，本文将详细介绍半导体激光器的发光原理及工作原理。
一、半导体激光器的发光原理半导体激光器的发光原理基于半导体材料的特性。
半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料，它的导电性可通过控制材料的掺杂和结构来调节。
半导体激光器通常采用的材料是具有直接能隙的半导体材料，如氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）等。
在半导体材料中，激子是一种激发态，由电子和空穴的复合形成。
当一个激子衰变时，它会释放出能量，这个能量以光子的形式发射出来，从而产生光。
半导体激光器的发光原理可以通过以下几个步骤来解释：1. 注入载流子：半导体激光器通过外部电流注入载流子（电子和空穴）到半导体材料中。
这些载流子在半导体材料中移动，形成电流。
2. 电子和空穴的复合：当电子和空穴遇到时，它们会发生复合，释放出能量。
这个能量以光子的形式发出，产生光。
3. 反射和放大：半导体激光器内部有一个光学腔，它由两个反射镜构成。
其中一个镜子是半透明的，允许一部分光子逃逸，形成激光输出。
另一个镜子是高反射镜，将光子反射回腔内，增强光子的能量。
4. 高度相干的光放大：反射和放大的过程不断重复，光子在腔内来回反射，并不断受到放大。
由于光子的相位保持一致，最终形成高度相干的光束，即激光。
二、半导体激光器的工作原理半导体激光器的工作原理可以通过以下几个方面来解释：1. pn结：半导体激光器是由pn结构组成的。
pn结是由n型半导体和p型半导体的结合形成的。
在pn结附近，会形成一个耗尽区，其中没有自由载流子存在。
2. 反向偏置：半导体激光器在工作时通常会进行反向偏置。
即在pn结上施加一个外部电压，使得p区的电势高于n区。
这样，当电流通过激光器时，载流子会从p区向n区移动。
3. 激发态：当载流子通过pn结时，它们会与pn结中的杂质或缺陷发生相互作用，从而激发出激子。
有机电致发光发展历程及TADF材料的发展进展
有机电致发光发展历程及TADF材料的发展进展有机电致发光发展历程及TADF材料的发展进展1.1引⾔有机光电材料（Organic Optoelectronic Materials），是具有光⼦和电⼦的产⽣、转换和传输等特性的有机材料。
⽬前，有机光电材料可控的光电性能已应⽤于有机发光⼆极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）[1,2,3]，有机太阳能电池（Organic Photovoltage，OPV）[4,5,6]，有机场效应晶体管（Organic Field Effect Transistor，OFET）[7,8,9]，⽣物/化学/光传感器[10,11,12]，储存器[13,14,15]，甚⾄是有机激光器[16,17]。
和传统的⽆机导体和半导体不同，有机⼩分⼦和聚合物可以由不同的有机和⾼分⼦化学⽅法合成，从⽽可制备出⼤量多样的有机半导体材料，这对于提⾼有机电⼦器件的性能有⼗分重要的意义。
其中，有机电致发光近⼗⼏年来受到了⼈们极⼤的关注。
有机电致发光主要有两个应⽤：⼀是信息显⽰，⼆是固体照明。
在信息显⽰⽅⾯，⽬前市⾯上主流的显⽰产品是液晶显⽰器（Liquid Crystal Display，LCD），它基本在这个世纪初取代了阴极射线管显⽰，被⼴泛应⽤于各种信息显⽰，如电脑屏幕，电视，⼿机，以及数码照相机等。
但是，液晶显⽰器也有其特有的缺点，⽐如响应速度慢，需要背光源，能耗⾼，视⾓⼩，⼯作温度范围窄等。
所以⼈们也迫切需要寻求⼀种新的显⽰技术来改变这种局⾯。
有机发光⼆级管显⽰器（OLED）被认为极有可能成为下⼀代显⽰器。
因为其是主动发光，相对于液晶显⽰器有着能耗低，响应速度快，可视⾓⼴，器件结构可以做的更薄，低温特性出众，甚⾄可以做成柔性显⽰屏等优势。
但是，有机发光显⽰技术⽬前还有许多瓶颈需要解决，尤其是在蓝光显⽰上，还需要⾯对蓝光显⽰的⾊度不纯，效率不⾼，材料寿命短的挑战。
OLED的基本原理
OLED的基本原理2.1有机电致发光OLED的结构目前常见的OLED结构有单层、双层、三层及多层四种。
有机电致发光器件采用的是把有机发光层夹在正负两电极之间，为了提高改善器件发光性能，经过进一步的研究与发现，在有机发光层的两侧加入不同的修饰功能层，载流子注入能力和传输的能力均能得到改善，因此OLED器件一般为多层结构。
图颜色深了图2.1 OLED结构示意图其中，最简单的OLED结构是由发光层和上、下两电极组成的单层结构电致发光器件。
而一层有机层既作为发光层又作为载流子传输层的双层的结构器件，则是由上、下两个电极和两层有机层组成的，有机层的另一层则作为另外一种载流子的传输层。
载流子传输层不同可以有效地解决电子和空穴远离金属电极复合的问题，在两个有机层的界面使器件中的激子复合，这样不仅使载流子的注入速率得到了平衡，同时器件的光电性能也得到提高。
单层及双层结构的器件的发光区域都靠近金属电极，虽然它们制备的过程比较简单，但这使得非辐射复合几率变大，并且平衡不了载流子的注入，同时有较低的载流子复合几率。
这就使得器件的发光效率不高，所以在OLED中对单层和双层结构的使用越来越少。
现在在有机电致发光器件中，用的比较多的器件结构是三层结构，而最多的则是多层结构的使用。
2.2 有机电致发光器件（OLED）的发光原理有机电致发光器件中采用的各种有机材料均为共轭有机分子，依据休克尔分子轨道理论（HMO），并结合半导体理论中的能带理论，可将有机共轭分子中的最高分子占据轨道HOMO类比为能带理论中的价带顶，最低空轨道LUMO类比为导带底，这样就可采用半导体能带理论对有机电致发光进行探讨。
又由于OLED中各功能层材料不同，因此阴极金属/有机层和有机层/ITO界面都可被视为异质结，以半导体理论中的异质结理论来研究OLED的电流传输和复合，并用相关理论来模拟OLED的工作机2理。
OLED的发光原理与无机LED的发光机理相似，属注入型发光器件。
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直接复合形成激子和通过陷阱中心复合形成激子
在一般的有机材料里，激子的形成通常有两种情况:直接复合形成激子和通过陷阱中心复合形成激子。
若有机材料与两极的能带势垒高度基本相同或相近，激子的形成区域集中在发光层附近。
若正负电极两侧的能带势垒高度相差较大，激子形成区域远离发光中心，靠近正极或负极附近。
而这一区域可能具有各种缺陷位错,容易造成激子猝灭，导致发光效率降低。
因此严格控制器件中激子形成的位置、降低发光层中分子间的相互作用，对于提高器件效率大有帮助。
图1所示为有机电致发光器件中激子形成和辐射发光的过程。
聚乙烯醇(PVA)高分子基质材料掺杂诺氟沙星药物的铽(Ⅲ)配合物可提供聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)、淀粉(Starch)、环糊精(β-Cyclodextrin)高分子基质材料掺杂诺氟沙星药物分子为配体的铽(Ⅲ)配合物B
Eu(TTA)2AA/(MMA)-Poly(MMA-co-Eu(TTA)_2AA)稀土发光共聚高分子
Eu(TTA)2AA/甲基丙烯酸甲酯(MMA)-Poly(MMA-co-Eu(TTA)2AA)，Eu(TTA)2AA-NVK共聚乙烯基咔唑(NVK)Poly(NVK-co-Eu(TTA)2AA)键合型稀土发光共聚高分子
Zn-8Eu4异核多金属配合物
Eu2Zn4L邻香兰素4(OAc)6(NO3)2(OH)2]2EtOH异核多金属铕配合物
Eu(2-PA)3phen配合发光材料
铕(铽)-2-吡啶甲酸-1,10-邻菲啰啉配合物，Ru(bpy)3]2+-Eu(TTA)3Phen)/PMMA复合材料
均苯三甲酸(RE-Eu)铼/铕金属有机框架材料
RE/Eu(BTC)(H2O)6(core)-/RETb(BTC)(H2O)6](shell)金属有机框架材料
p-二酮-铕(Ⅲ)荧光配合物BHHBCB-Eu(3+)
1,2-二(1,1,1,2,2,3,3-七氟-4",6"-己二酮-6"-基-对苄基)-4-氯磺酰基苯/铕(Ⅲ)的配合物(BHHBCB-Eu3+)
铕(Ⅲ)配合物荧光分子探针TEMPO-BHHBCB-Eu(Ⅲ)
4-氨基-2,2',6,6'-四甲基哌啶氮氧自由基(4-amion-TEMPO)/新型四齿β-二酮铕(Ⅲ)配合物BHHBCB-Eu3+联接铕(Ⅲ)配合物荧光分子探针
Eu(TTA)3(TPPO)2/PS稀土配合物复合纤维
稀土配合物Eu(TTA)3(TPPO)2高分子聚合物(聚合物PVP聚已内酯PCL，聚乳酸PLA，聚丙烯酸PAA)的复合纳米纤维
Eu(TTA)3(TPPO)2/PMMA稀土配合物
Eu(DBM)3(F-TPIP)，EuCdLCl2-(C2H5OH)2.5·2H2O铕Eu(Ⅲ)配合物
Eu(TTA)3(TPPO)2/PVP稀土配合物复合纤维
稀土配合物Eu(TTA)3(TPPO)2高分子聚合物(树枝状聚酰胺,聚N-异丙基丙烯酰胺PNIPAAm)的复合纳米纤维材料
Eu/Zn双金属杂核稀土发光配合物
eu(dbm)3qp/3pp,Eu2(o-
Phthalic)3(Phen)22(H2O)/Eu2(BBA)4(bipy)2(CH3COO)2/{Eu(BBA) 3·H2O}n铕配合物光致发光材料
Eu(o-MOBA)3phen-H2O三元配合物
Eu(NO3)3(phen)2,Eu(m-MOBA)_3phen·H_2O(2)三元配合物
氮杂环化合物三苯基氧膦衍生物Eu(Ⅲ)配合物发光材料
二苯胺双齿膦氧/二苯甲酰甲烷(DBM)/六水合三氯化铕-铕Eu(Ⅲ)三元配合物
Eu(TTA)3-3H2OEu(Ⅲ)铕Eu(Ⅲ)三元配合物
Eu(III)(DBM)3(Cz-PBM)，Eu(TTA)3phen.H2O,Eu(TTA)3(TPPO)2/PS铕配合物
Eu/Tb(TTA)3Bipy/PMMA稀土聚合物材料
Eu0.5Tb0.5(TTA)3Bipy/3Phen/PtBA聚丙烯酸叔丁酯,PMMA聚甲基丙烯酸甲酯稀土配合物
Eu(TTA)35NO2Phen稀土有机配合物
双配体TTA/5NO2Phen-Eu(TTA)35NO2Phen的稀土有机配合物稀土有机配合物-Eu(TTA)3phen/丁腈橡胶Eu(TTA)3phen/NBR 稀土有机配合物Sm(TTA)3phen-聚甲基丙烯酸甲酯Sm(TTA)3phen/PMMA,Sm(TTA)3phen/NBR
Eu-Tb-HFA-FPPO稀土有机配合物
Eu-Tb-TFA-TPPO,Eu-Gd-HFA-TPPO,Eu-Gd-TFA-
TPPO,Eu(TTA)2(N-HPA)Phen稀土配合物发光材料
铜配合物[Cu2(MTC)2(Phen)2(H2O)4](MTC)2
Eu(TTA)35NO2Phen,Eu(TTA)35NO2Phen,Eu(MAA)(BA)(Phen) ,Eu(TrA)2Zn(F3)C1H20，[Cd3(BTC)2(H2O)2]n稀土有机配合物材料Tb(o-BBA)3(phen)铽金属配合发光材料
Tb(AcAc)3Phen，Tb(acac)2(AA)phen稀土铽的有机配合物
Tb(MAA)(acac)(Phen)稀土铽的有机配合物
Tb(MAA)(acac)2(Phen),TbGd(BA)6(bipy)铽/钆稀土配合物
稀土铽配合物材料Tb(o-MBA)3phen
Tb(BA)3Phen,Tb(mMBA)3phen]2·2H2O,Tb(p-MBA)3phen稀土铽配合物材料
Tb(BA)3(TPPO)2和Tb(BA)3Bipy稀土有机电致发光材料
TbY(m-MBA)6(phen)2·2H2O,Tb(m-MBA)3phen]2·2H2O稀土有机电致发光材料
Tb(acac)2(AA)phen变色电致发光材料
Tb(asprion)3phen,Tb(eb-PMIP)3(TPPO),Tb(asprion)3phen;新型的稀土有机电致发光材料
TbL(NO3)]2-MT铽配合物复合发光材料
Tb(DBM)3L2Tb(acac)3IP,Tb(DPAB)3IP稀土铽三元有机配合物（绿光材料）
wyf 12.09。