有機光電子器件中的磁場效應調控.pdf

1、最近，在不含任何磁性材料的有機半導體材料及其器件中發(fā)現(xiàn)的磁場效應成為一個新的研究熱點。這是因為：(1)有機磁場效應能作為一種有效的實驗手段來探測器件內部的物理機制；(2)在開發(fā)新型的磁光電元器件方面，有機磁場效應存在著巨大的應用價值。盡管在不同的有機半導體器件中，人們已經觀察到了各種外磁場作用下的電流變化(有機磁電導)和電致發(fā)光強度變化(有機磁電致發(fā)光)，但是由于潛在的物理機制尚未澄清，這些磁場效應還多是以單一、不連續(xù)的形式報道出來。所

2、以，人們很難根據(jù)實際需要得到想要的磁效應曲線，因此這也成為實現(xiàn)有機半導體工業(yè)化的瓶頸之一。解決該瓶頸的一個辦法是：發(fā)展有效調控有機半導體器件中磁場效應的技術手段。
　　 在先前的工作中，我們系統(tǒng)研究了常規(guī)型有機發(fā)光二極管中的磁場效應(包括有機磁電導和有機磁電致發(fā)光)。結果發(fā)現(xiàn)，有機磁電致發(fā)光的高場部分可以作為探測有機光電器件中“三重態(tài)-三重態(tài)激子對相互淬滅產生單重態(tài)激子”自旋演化過程的有效“探針”。本論文旨在借助這種新型“探針”

3、，在器件的“電子-空穴對”復合區(qū)域，通過摻入客體分子，來操縱界面態(tài)的“電子-空穴對”自旋態(tài)的形成及演化過程，以此調控有機半導體中新近出現(xiàn)的奇特磁效應。隨后，在詮釋這些新型磁效應內在物理機制的基礎上，我們發(fā)展了調控有機半導體器件中磁效應的技術手段(如調控磁效應的低場部分和高場部分的幅度及極性正負等)，并利用該磁效應開發(fā)出一種雙參數(shù)、高靈敏度的有機半導體磁性傳感器。
　　 本論文的具體工作包括以下四個部份：
　　 (1)通過

4、共蒸發(fā)技術，制備了熒光染料摻雜型有機發(fā)光二極管器件(摻雜染料為紅光染料DCM和綠光染料DMQA)，其結構為ITO/NPB/Alq3：dopant/Alq3/LiF/Al。研究了15K～室溫范圍內，器件的電致發(fā)光強度隨磁場的變化關系(即磁電致發(fā)光)。我們發(fā)現(xiàn)室溫下，對于摻雜器件，磁電致發(fā)光的高場部分(B>40mT)會在低場(0

5、觀察到。基于摻雜引起的載流子捕獲和能級陷阱效應，通過討論外磁場作用下的三重態(tài)-三重態(tài)激子對的淬滅過程，我們對實驗結果進行了定性解釋。
　　 (2)研究了室溫下，熒光染料摻雜型有機發(fā)光二極管器件(器件結構如第一部分所述，摻雜染料為為紅光染料DCM，橙光染料Rubrene和綠光染料DMQA)的注入電流隨磁場的變化關系(即磁電導)。通常認為，“單重態(tài)極化子對與三重態(tài)極化子對相對比率的改變”是有機磁電導發(fā)生變化的主要原因。但是我們發(fā)現(xiàn)，

6、窄帶系的熒光染料摻雜也會極大地減小器件的有機磁電導。因為熒光染料摻雜不會引起單、三重態(tài)極化子對相對比率發(fā)生變化，說明還有其它機制可以改變器件的有機磁電導?；谡瓗禑晒馊玖蠐诫s體系中普遍存在的載流子捕獲效應，我們認為是器件中“拆分極化子對的數(shù)目”發(fā)生了變化，從而實現(xiàn)了對有機半導體中MC的調控。
　　 (3)制備了結構為：ITO/NPB/Alq3：NPB/Alq3/LiF/Al的混合型有機發(fā)光二極管器件。研究了低溫下(15K)，空

7、穴傳輸材料NPB摻入Alq3發(fā)光層對器件的磁電致發(fā)光的影響。我們發(fā)現(xiàn)，當NPB摻入Alq3發(fā)光層后，原先磁電致發(fā)光在高場下(B>40mT)的下降趨勢受到了很大的抑制，并且當混合層中NPB的摻雜濃度到達～50 wt％的時候，這種發(fā)光的高場下降趨勢基本消失(抑制達到最大)。激發(fā)態(tài)的演化速率理論模型顯示，磁電致發(fā)光和三重態(tài)激子濃度會隨著發(fā)光層中NPB的摻雜濃度表現(xiàn)出相同的變化趨勢，說明可以通過調控三重態(tài)激子濃度可以有效改變磁電致發(fā)光。實驗證明