有機(jī)光電子器件中的磁場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控.pdf

1、最近，在不含任何磁性材料的有機(jī)半導(dǎo)體材料及其器件中發(fā)現(xiàn)的磁場(chǎng)效應(yīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。這是因?yàn)椋?1)有機(jī)磁場(chǎng)效應(yīng)能作為一種有效的實(shí)驗(yàn)手段來(lái)探測(cè)器件內(nèi)部的物理機(jī)制；(2)在開(kāi)發(fā)新型的磁光電元器件方面，有機(jī)磁場(chǎng)效應(yīng)存在著巨大的應(yīng)用價(jià)值。盡管在不同的有機(jī)半導(dǎo)體器件中，人們已經(jīng)觀察到了各種外磁場(chǎng)作用下的電流變化(有機(jī)磁電導(dǎo))和電致發(fā)光強(qiáng)度變化(有機(jī)磁電致發(fā)光)，但是由于潛在的物理機(jī)制尚未澄清，這些磁場(chǎng)效應(yīng)還多是以單一、不連續(xù)的形式報(bào)道出來(lái)。所

2、以，人們很難根據(jù)實(shí)際需要得到想要的磁效應(yīng)曲線，因此這也成為實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體工業(yè)化的瓶頸之一。解決該瓶頸的一個(gè)辦法是：發(fā)展有效調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體器件中磁場(chǎng)效應(yīng)的技術(shù)手段。
　　 在先前的工作中，我們系統(tǒng)研究了常規(guī)型有機(jī)發(fā)光二極管中的磁場(chǎng)效應(yīng)(包括有機(jī)磁電導(dǎo)和有機(jī)磁電致發(fā)光)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有機(jī)磁電致發(fā)光的高場(chǎng)部分可以作為探測(cè)有機(jī)光電器件中“三重態(tài)-三重態(tài)激子對(duì)相互淬滅產(chǎn)生單重態(tài)激子”自旋演化過(guò)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(duì)”復(fù)合區(qū)域，通過(guò)摻入客體分子，來(lái)操縱界面態(tài)的“電子-空穴對(duì)”自旋態(tài)的形成及演化過(guò)程，以此調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體中新近出現(xiàn)的奇特磁效應(yīng)。隨后，在詮釋這些新型磁效應(yīng)內(nèi)在物理機(jī)制的基礎(chǔ)上，我們發(fā)展了調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體器件中磁效應(yīng)的技術(shù)手段(如調(diào)控磁效應(yīng)的低場(chǎng)部分和高場(chǎng)部分的幅度及極性正負(fù)等)，并利用該磁效應(yīng)開(kāi)發(fā)出一種雙參數(shù)、高靈敏度的有機(jī)半導(dǎo)體磁性傳感器。
　　 本論文的具體工作包括以下四個(gè)部份：
　　 (1)通過(guò)

4、共蒸發(fā)技術(shù)，制備了熒光染料摻雜型有機(jī)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(jié)構(gòu)為ITO/NPB/Alq3：dopant/Alq3/LiF/Al。研究了15K～室溫范圍內(nèi)，器件的電致發(fā)光強(qiáng)度隨磁場(chǎng)的變化關(guān)系(即磁電致發(fā)光)。我們發(fā)現(xiàn)室溫下，對(duì)于摻雜器件，磁電致發(fā)光的高場(chǎng)部分(B>40mT)會(huì)在低場(chǎng)(0

5、觀察到?；趽诫s引起的載流子捕獲和能級(jí)陷阱效應(yīng)，通過(guò)討論外磁場(chǎng)作用下的三重態(tài)-三重態(tài)激子對(duì)的淬滅過(guò)程，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定性解釋。
　　 (2)研究了室溫下，熒光染料摻雜型有機(jī)發(fā)光二極管器件(器件結(jié)構(gòu)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(chǎng)的變化關(guān)系(即磁電導(dǎo))。通常認(rèn)為，“單重態(tài)極化子對(duì)與三重態(tài)極化子對(duì)相對(duì)比率的改變”是有機(jī)磁電導(dǎo)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(huì)極大地減小器件的有機(jī)磁電導(dǎo)。因?yàn)闊晒馊玖蠐诫s不會(huì)引起單、三重態(tài)極化子對(duì)相對(duì)比率發(fā)生變化，說(shuō)明還有其它機(jī)制可以改變器件的有機(jī)磁電導(dǎo)?；谡瓗禑晒馊玖蠐诫s體系中普遍存在的載流子捕獲效應(yīng)，我們認(rèn)為是器件中“拆分極化子對(duì)的數(shù)目”發(fā)生了變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體中MC的調(diào)控。
　　 (3)制備了結(jié)構(gòu)為：ITO/NPB/Alq3：NPB/Alq3/LiF/Al的混合型有機(jī)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(duì)器件的磁電致發(fā)光的影響。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NPB摻入Alq3發(fā)光層后，原先磁電致發(fā)光在高場(chǎng)下(B>40mT)的下降趨勢(shì)受到了很大的抑制，并且當(dāng)混合層中NPB的摻雜濃度到達(dá)～50 wt％的時(shí)候，這種發(fā)光的高場(chǎng)下降趨勢(shì)基本消失(抑制達(dá)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(huì)隨著發(fā)光層中NPB的摻雜濃度表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，說(shuō)明可以通過(guò)調(diào)控三重態(tài)激子濃度可以有效改變磁電致發(fā)光。實(shí)驗(yàn)證明