Физика органических полупроводников

В последние десятилетия бурно развивается новая мультидисциплинарная область — органическая электроника, что уже привело к массовому производству экранов смартфонов, планшетов и телевизоров, выполненные на органических светодиодах. Полагают, что это только первый шаг развития органической электроники, поскольку она обещает качественно новые оптоэлектронные и электронные устройства — гибкие, легкие, полупрозрачные и дешевые экраны, солнечные батареи, сенсоры, датчики и т.д., которые можно производить по зеленым технологиям. Такие устройства широко востребованы в цифровой экономике, медицине и для решения оборонных задач. «Сердцем» таких устройств выступают органические полупроводники, свойства которых можно менять в очень широких пределах с помощью методов органического синтеза, например, весьма легко менять ширину их запрещенной зоны в сравнении с неорганическими полупроводниками. При этом для развития области органической электроники необходимо глубокое понимание физики органических полупроводников, которая отчасти похожа на физику неорганических полупроводников, но имеет существенные отличия. Например, энергия связи экситонов в органических полупроводниках как правило сильно (на порядок величины и более) превосходит таковую в неорганических полупроводниках и обычно намного выше характерной тепловой энергии. Это приводит к тому, что транспорт экситонов (энергии возбуждения) в органических полупроводниках играет заметно более высокую роль в сравнении с неорганическими.

В курсе представлены основные структурные, электронные и оптические свойства органических полупроводниковых материалов, состоящих как из полимеров, так и небольших молекул. После рассмотрения фундаментальных вопросов физики химической связи излагается химическая структура основных органических молекул с сопряженными связями. Затем представлены свойства электронных возбужденных состояний в рамках одно- и многоэлектронных моделей. Рассмотрены модели экситонов Френкеля и Ванье-Мотта, обсуждается роль внутри- и межмолекулярных движений на полупроводниковые свойства органических материалов. Представлены современные модели транспорта зарядов в органических полупроводниках.