高 分 子 半 导 体

化学、物理和工程

《Semiconducting Polymer―Chemistry，Physics and Engineering》书评

材料学院   周艳

本书由荷兰Groningen大学的G. Hadziioannou教授和P. F. van Hutten博士等高分子半导体领域的专家学者编写，诺贝尔奖获得者Alen J. Heeger教授作序。

导电聚合物科学与技术是三个已有学科的交叉：化学、物理和工程，因此本书以此命名。这类材料通过有机化学的方法合成，它们的电学结构和性能属于凝聚态物理的范畴。将共轭聚合物材料加工成有效的电子和光电器件需要工程技术的支持，因此也称为材料科学（更具体的说是高分子科学）和器件物理学。

随着半导体和金属聚合物作为一个跨学科领域的出现，产生了大量相当重要的新概。该领域起源于20世纪70年代对n型和p型掺杂共轭聚合物的研究。导电聚合物的可逆掺杂性使它们的电导值可以从相当于绝缘体到金属的范围内变化。由于导电聚合物具有独特的电化学特性，它已成为科学技术研究中非常活跃的一个领域。

20世纪80年代，大量的有机合成化学家都投入合成具有优良性能的新共轭聚合物的研究当中。随后稳定可控的金属聚合物也得到了发展，这同样具有很重要的意义。经过这些努力，目前的导电聚合物材料往往具备金属和半导体优良的电光性能与聚合物优良的加工性和力学性能的结合。

随着高分子半导体纯度的提高，这些材料已可用于塑性电子器件。在这方面，剑桥大学半导电共轭聚合物电致发光的发现具有十分重要的意义。更普遍的塑性电子器件包括二极管、光二极管、光电池、传感器、发光二极管、激光器、场效晶体管以及全聚合物集成电路。因此，由高分子半导体制造的电子器件和光电器件的出现已成为20世纪90年代的一个热点。

不论科学如何进步，新器件如何涌现，一些专家对高分子半导体能否达到商用器件所要求的纯度和寿命仍持怀疑态度。在半导体物理发展的50年间，共轭聚合物被认为是很不纯且很难表征的材料。因此，最近研制出寿命达10000～20000小时的高亮度聚合物发射显示器被认为是相当重要的一步。现在已很清楚，高分子半导体可以满足商用要求制造消费型产品。

随着半导体和金属聚合物的化学、物理以及工程（器件物理）的迅速发展，我们亲眼目睹了塑性电子学这一革命性学科的开始。

20世纪90年代具特殊意义的研究发现有：稳定、可溶、可控的适于工业应用的金属聚合物；聚合物发光二极管，聚合物发光电化学电池的高效发光科学与技术；高分子半导体中的光导电子转移以及可控受体（其推动了高敏塑性光二极管以及塑性太阳能电池的发展）；高分子半导体作为材料用于固态激光器。

本书共有16章，每章第一小节均有对本章知识的简单介绍，最后一节作了结论和展望。各章内容如下：

1. 聚芳撑亚乙烯基――合成及其在半导体器件中的应用

介绍了聚芳撑亚乙烯（PPV）及其衍生物，聚芳撑亚乙烯性能—多层器件，全色显示器—蓝色发射体的研究，手性PPV—极化发射，有机场效应二极管。

2 低聚和多聚亚苯基

讲述了聚亚苯基、低聚亚苯基、树枝状和高分支聚亚苯基的研究进展。

3 反式聚乙炔的无序与孤波

主要内容包括反式聚乙炔的Peierls不稳定性与孤波，无序的波动沟模型以及诱导钮接。

4 共轭链电光性能的气相至固态进展：理论研究

包括理论方法学，PPV低聚物的激发态波函数分析，链间作用力，六价噻吩基分子簇。

5 共轭聚合物表面和界面的电子结构

包括光电光谱学，理论方法，相关材料，聚合物表面和界面。

6 固态α－噻吩的电子结构与能量转移

详细介绍了实验方法，孤立α－噻吩激发电子态，单晶电子结构（达维多夫分裂、海兹堡电子振动偶合），薄膜，能量转移的无序效应等。

7 共轭聚合物的光激发光谱学

介绍了实验技术，聚对亚苯基亚乙烯基、聚噻吩，Fullerene掺杂的DOO

PPV的光激发光谱学。

8 甲基取代聚对亚苯基型梯形聚合物的光物理学

首先回顾了前人工作，然后介绍了光性质及实验技术，最后重点介绍了m-LPPP的初级光激发、发射过程以及光生电荷。

9 共轭半导体的固态问题

包括所涉及的材料，器件功能性，共轭半导体的序列，激发态光谱学，场致发光器件和模型，高激发共轭薄膜。

10 共轭聚合物中的发射激光

本章主要内容包括有机材料的受激发射，共轭聚合物薄膜的增益受限现象，共轭聚合物中的发射激光。

11 聚合物发光二极管物理学

作者介绍了场致发光聚合物薄膜，器件电子结构，单层器件，多层器件的物理学。

12 无规有机半导体中的电荷传输

本章讲述了无规有机半导体的电荷注入，空间电荷限制电流效应，电荷传输。

13 有机发光二极管的化学、物理和工程

讲述了有机发光二极管各种材料，器件结构，表征，器件物理，降解，有机发光二极管在平面显示器中的应用。

14 有机场效晶体管物理学

主要内容有基本原理，有机材料中的电荷传输，制造技术，所涉及的材料，模型。

15 共轭聚合物基塑性太阳能电池

包括共轭聚合物光激给体，纯共轭聚合物光电器件，共轭聚合物双层器件，共轭聚合物本体异质结，柔韧大面积塑性太阳能电池。

16 高分子半导体的模型齐聚物方法

介绍了低聚聚芳撑亚乙烯（OPVs）的合成和溶液性质，凝聚态OPVs，OPVs的光发射应用。

本书总结了该领域目前的一些进展。各章节均由该领域的专家学者撰写，总结和回顾了高分子半导体科学的发展。这对任何正在寻找这一学科背景材料以及希望迅速了解研究状况的人都是十分有益和重要的。本书重点是共轭聚合物作为电子和光电材料的基础物理和化学，电子和光电器件的进展（现状、机遇及限制），这些对塑性电子学的发展是极其重要的。

本书馆藏索书号：O631S471