自1990年代末至2000年代初以來(lái),有機(jī)半導(dǎo)體材料的研究引起了相關(guān)領(lǐng)域的高度關(guān)注,大大提高了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中有機(jī)半導(dǎo)體器件的制造水平。目前,有機(jī)半導(dǎo)體器件領(lǐng)域正在進(jìn)入商業(yè)化階段。
目前有幾種類型的有源和無(wú)源器件,如晶體管、二極管、OLED、傳感器、存儲(chǔ)器、顯示器、電池、電阻、電容器、電感器和天線等。
1有機(jī)太陽(yáng)能電池
有機(jī)太陽(yáng)能電池,顧名思義,是構(gòu)成有機(jī)材料核心部件的太陽(yáng)能電池。主要目的是利用光敏有機(jī)物作為半導(dǎo)體的材料,通過(guò)光伏效應(yīng)產(chǎn)生電流,從而達(dá)到太陽(yáng)能發(fā)電的效果。
太陽(yáng)能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種。它們各自的特性決定了它們?cè)诓煌膽?yīng)用中具有不可替代的地位。然而,未來(lái)10年,晶體硅太陽(yáng)能電池的份額盡管由于薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展等原因而下降,但主導(dǎo)地位仍未根本改變;而如果薄膜電池能解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池對(duì)于設(shè)備昂貴等問(wèn)題,將有巨大的發(fā)展空間。
OSC的結(jié)構(gòu)原理包括以下?tīng)顟B(tài)
1.有機(jī)太陽(yáng)能電池利用光敏有機(jī)物作為半導(dǎo)體的材料,通過(guò)光伏效應(yīng)產(chǎn)生電流。主要的感光有機(jī)材料具有共軛結(jié)構(gòu)并具有導(dǎo)電性,如酞菁、卟啉和花青(cyanine)。
2.有機(jī)太陽(yáng)能電池按半導(dǎo)體材料可分為單結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和染料敏化納米晶結(jié)構(gòu)。
3.單結(jié)的結(jié)構(gòu)是基于肖特定壘原理的有機(jī)太陽(yáng)能電池。結(jié)構(gòu)為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極。兩個(gè)電極的電場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)。電子從低功率函數(shù)的金屬電極轉(zhuǎn)移到高功率電極,產(chǎn)生光電流。由于電子空穴在同一材料中傳輸,因此光電轉(zhuǎn)換率低。
4.p-N異質(zhì)結(jié)構(gòu)是指與供體受體(N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體材料為染料,如酞菁和苝四種甲醛亞胺化合物,利用半導(dǎo)體層之間的D/A界面(供體、受體、供體、受體)性質(zhì)和電子空穴轉(zhuǎn)移分別在不同的材料中,提高了分離效率。EliasStathatos等人結(jié)合無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物的優(yōu)點(diǎn),使太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換達(dá)到5%~6%。
5.ye敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)主要是指以染料敏化多空間納米結(jié)構(gòu)TiO2薄膜為光陽(yáng)極的太陽(yáng)能電池。它是一種具有葉綠素光合作用原理的仿生植物的太陽(yáng)能電池。但是,NPC太陽(yáng)能電池可以使用適當(dāng)?shù)难趸€原電解液來(lái)提高光電效率,并且一般穩(wěn)定在10%。而且,納米TiO2的制備簡(jiǎn)單、成本低、壽命長(zhǎng)。具有良好的市場(chǎng)前景。
2有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)
有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)也稱為機(jī)電激光顯示器和有機(jī)發(fā)光二極管。1979年,美國(guó)華裔教授鄧慶云(ChingW.Tang)被發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室。OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光、視角廣、幾乎無(wú)限高對(duì)比度、低功耗、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
OLED顯示技術(shù)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、DVD、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、筆記本電腦、汽車(chē)音響電視等。OLED顯示屏非常輕薄,因?yàn)樗皇褂帽彻狻LED顯示屏還具有最大160度的寬屏幕視圖,工作電壓為《》至《》伏(伏特,以V表示)。
OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特點(diǎn),其有機(jī)材料和玻璃基板的涂層非常薄,當(dāng)電流通過(guò)時(shí),這些有機(jī)材料會(huì)發(fā)光,與OLED顯示屏的視角不同,并且可以節(jié)省能源,從2003年開(kāi)始顯示設(shè)備就已經(jīng)應(yīng)用于MP3播放器中。
射頻識(shí)別(RFID)是一種無(wú)線通信技術(shù)。它可以通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo),讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù),不需要識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間的機(jī)械或光學(xué)接觸。
無(wú)線電信號(hào)通過(guò)射頻調(diào)制的電磁場(chǎng)傳輸,從附著在物體上的標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù),從而自動(dòng)識(shí)別和跟蹤物品。某些標(biāo)簽在被識(shí)別時(shí)可以從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中獲取能量,并且不需要電池。它們也有標(biāo)簽,擁有電源,可以發(fā)出無(wú)線電波(射頻電磁場(chǎng))。標(biāo)簽包含存儲(chǔ)在幾米內(nèi)可以識(shí)別的電子信息。與條形碼不同,RFID標(biāo)簽不需要在標(biāo)識(shí)符的視線范圍內(nèi),可以嵌入到被跟蹤的對(duì)象中。
RFID技術(shù)用于許多行業(yè)。將標(biāo)簽貼在生產(chǎn)中的汽車(chē)上,工廠可以方便地跟蹤汽車(chē)在生產(chǎn)線上的進(jìn)度。倉(cāng)庫(kù)可以跟蹤藥物的位置。RFID標(biāo)簽也可以貼在牲畜和寵物上,便于識(shí)別牲畜和寵物。射頻識(shí)別卡使員工能夠進(jìn)入建筑物的鎖定部分,汽車(chē)上的無(wú)線電響應(yīng)器也可用于收取費(fèi)用和停車(chē)場(chǎng)。
RFID是本世紀(jì)十大最具影響力的技術(shù)之一,然而,由于成本高昂,這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有得到普及和發(fā)展。低成本有機(jī)RFID的研發(fā)可以在未來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。目前,世界仍處于探索階段,但總體上對(duì)其前景有利。
4有機(jī)傳感器
有機(jī)傳感器是使用有機(jī)聚合物材料作為敏感材料的傳感器。有機(jī)高分子材料是60年代發(fā)展起來(lái)的新材料。它們具有電子、光學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和生物特性,拓展了傳感器技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)展最迅速的電子功能高分子材料如李敏、熱敏和光敏元件。
例如,聚偏氟乙烯共聚物及其系列材料具有優(yōu)異的耐輻射性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)拉伸、極化、電鍍電極處理后加工成薄膜,表現(xiàn)出較強(qiáng)的壓電效應(yīng)、壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng),在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分突出。
開(kāi)發(fā)了立體聲耳機(jī)、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、高頻加速度計(jì)、水聽(tīng)器、聲納探測(cè)器、海洋監(jiān)測(cè)裝置、海岸警衛(wèi)隊(duì)裝置、水聲成像、超聲波無(wú)損檢測(cè)、表面聲波、延遲線、非接觸式開(kāi)關(guān)、鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)、光纖開(kāi)關(guān)、紅外探測(cè)器、入侵報(bào)警和打印傳感器等。
在醫(yī)療器械方面,有心音、胎音計(jì)、脈搏計(jì)、人體組織實(shí)時(shí)超聲成像儀、A超聲波掃描設(shè)備、血流檢測(cè)儀、假體傳感器、盲人觸覺(jué)傳感器等產(chǎn)品。例如,三甘氨酸硫酸鹽有機(jī)熱發(fā)光薄膜具有很高的熱釋電系數(shù)。它是一種非接觸式新型熱電敏感材料,可直接將熱輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該傳感器響應(yīng)頻率高,速度快,頻段寬,不受輻射波長(zhǎng)限制。在氣體分析、遙測(cè)、遙感等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
5集成智能系統(tǒng)
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,通信、人工智能、專家系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和神經(jīng)模糊理論、智能控制、機(jī)器人技術(shù),特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的廣泛滲透,綜合智能系統(tǒng)(IIS)得到了廣泛的研究和開(kāi)發(fā)。
IIS其實(shí)是一個(gè)具體的體現(xiàn),就是試圖通過(guò)眼睛模擬兩個(gè)個(gè)體幾百米的距離進(jìn)行遠(yuǎn)程通信,IIS智能人就是試圖實(shí)現(xiàn)這些,包括智能手腳、眼睛、耳朵、嘴巴、推理、控制、聯(lián)想記憶,智能技術(shù)是不可能用這些功能在單一中完成的,需要運(yùn)用多種智能技術(shù)集成,實(shí)現(xiàn)智能化復(fù)合型人。
IIS可用的具體塊說(shuō)明。它包括推理、轉(zhuǎn)移、行動(dòng)三部分,為人,一部分由人腦中的大量神經(jīng)元完成推理,推理結(jié)果通過(guò)各種神經(jīng)字母1轉(zhuǎn)移到其他器官的手中,動(dòng)作由外部器官執(zhí)行,它發(fā)出完整的推理命令。
IIS的應(yīng)用包括銀行、過(guò)程控制與自動(dòng)化、監(jiān)控、機(jī)器人系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、信息服務(wù)等,IIS的實(shí)現(xiàn)必須采用專用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境:各種標(biāo)準(zhǔn)的通用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真器控制和機(jī)器人系統(tǒng)仿真器、現(xiàn)有軟件模塊、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人、控制和自動(dòng)化模塊,基于語(yǔ)言的特殊使用,如用于與并行推理機(jī)配合開(kāi)發(fā)的分布式控制軟件開(kāi)發(fā)效率比FORTRAN、C語(yǔ)言是更先進(jìn)和面向?qū)崟r(shí)性的Paracell語(yǔ)言,并發(fā)手段也必須由硬件(Transputer、OCCAM中的并發(fā)語(yǔ)言巨頭,以及使用各種并行機(jī))在技術(shù)圖紙中提供。
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半導(dǎo)體材料
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