[논문 리뷰] Chemical potential in disordered organic materials

A. Sharmaand, Michael Sheinman|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 01.

Molecular Junctions and Nanostructures참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 처음 원리에 기반하여, 비정질 유기 반도체에서 가우시안 불순물에 의한 에너지 불순물이 존재하는 세 영역—비퇴적, 퇠퇴적, 포화—에서 화학적 위치를 해석적으로 유도한다. 이는 화학적 위치가 실체 농도와 에너지 불순물에 어떻게 의존하는지에 대한 기능적 의존성을 확립하며, 유기 전자 소자에서 이동도를 이해하는 데 기초가 되는 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

Charge carrier mobility in disordered organic materials is being actively studied, motivated by several applications such as organic light emitting diodes and organic field-effect transistors. It is known that the mobility in disordered organic materials depends on the chemical potential which in turn depends on the carrier concentration. However, the functional dependence of chemical potential on the carrier concentration is not known. In this study, we focus on the chemical potential in organic materials with Gaussian disorder. We identify three cases of non-degenerate, degenerate and saturated regimes. In each regime we calculate analytically the chemical potential as a function of the carrier concentration and the energetic disorder from the first principles.

연구 동기 및 목표

• 비정질 유기 반도체에서 화학적 위치와 실체 농도 사이의 기능적 관계를 규명하는 것.
• 화학적 위치가 에너지 불순물과 실체 농도에 어떻게 의존하는지에 대한 처음 원리적 이해가 부족한 문제를 해결하는 것.
• 비퇴적, 퇠퇴적, 포화 세 영역에서 화학적 위치의 행동을 분류하고 분석하는 것.
• 유기 필드효과 트anz리스터와 OLED에서 전하 이동도 모델링에 필수적인 화학적 위치의 해석적 표현을 제공하는 것.

제안 방법

• 에너지 불순물을 나타내기 위해 유기 물질의 상태 밀도를 가우시안 분포로 모델링하는 것.
• 각 영역에 대해 광역통계역학 원리를 적용하여 거대열역학계에서 화학적 위치를 도출하는 것.
• 실체 통계를 기술하기 위해 페르미-디랙 분포를 사용하고, 가우시안 상태 밀도에 대해 통합하는 것.
• 낮은 실체 농도 근사와 질량작용 법칙을 사용하여 비퇴적 영역에서 화학적 위치의 해석적 표현을 도출하는 것.
• 고실체 농도 근사와 토머스-페르미 근사를 사용하여 퇠퇴적 영역으로 분석을 확장하는 것.
• 고도핑 조건에서 화학적 위치가 가우시안 상태 밀도 꼬리 가장자리에 수렴하는 것을 고려하여 포화 영역의 행동을 도출하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가우시안 불순물이 존재하는 비정질 유기 물질에서 화학적 위치는 실체 농도에 어떻게 변화하는가?
• RQ2 비퇴적, 퇠퇴적, 포화 영역에서 화학적 위치의 고유한 해석적 행동은 무엇인가?
• RQ3 에너지 불순물은 각 영역에서 화학적 위치에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 통합된 처음 원리 프레임워크로 모든 실체 농도 영역에서 화학적 위치를 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 비퇴적 영역에서는 화학적 위치가 실체 농도에 대해 로그적으로 증가하고, 불순물 매개변수의 역수에 선형적으로 의존한다.
• 철퇴적 영역에서는 화학적 위치가 실체 농도의 제곱근에 비례하며, 가우시안 상태 밀도의 폭에 의해 강하게 영향을 받는다.
• 포화 영역에서는 화학적 위치가 가우시안 상태 밀도의 가장자리에 수렴하여 고도핑 조건에서의 한계 행동을 나타낸다.
• 유도된 해석적 표현은 모든 실체 농도 영역에서 유효하며, 비정질 유기 반도체에서 화학적 위치를 일관되게 기술한다.