OLED中自旋極化載流子的注入和輸運(yùn)特性.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光器件(Organic Light-Emitting Device，OLED)具有主動(dòng)發(fā)光、能耗低、發(fā)光譜帶寬、品種多樣、制造成本低廉、輕薄、無(wú)角度依賴性等一系列優(yōu)點(diǎn)。OLED的電致發(fā)光過(guò)程中，75％的三線態(tài)和25％單線態(tài)激子同時(shí)生成，由于三線態(tài)到基態(tài)的躍遷是自旋禁阻的，所以只有25％的單線態(tài)熒光對(duì)發(fā)光有貢獻(xiàn)，器件的發(fā)光效率較低。OLED器件的穩(wěn)定性、壽命等還有待進(jìn)一步提高，特別是由于有機(jī)發(fā)光材料不耐高溫，因而提高器件的發(fā)光效

2、率，減少熱損耗更成為提高器件穩(wěn)定性和使用壽命的關(guān)鍵。自旋極化注入是提高OLED效率的有效方法，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)OLED中自旋極化載流子的注入與輸運(yùn)進(jìn)行了理論研究，主要工作內(nèi)容如下：
　　 (1)運(yùn)用漂移擴(kuò)散方程和載流子濃度連續(xù)性方程，結(jié)合泊松(Poisson)方程得出了自旋極化電子和空穴運(yùn)動(dòng)的微分方程，得到了自旋極化載流子濃度和擴(kuò)散長(zhǎng)度的關(guān)系，分析了不同方向的電場(chǎng)對(duì)擴(kuò)散長(zhǎng)度和自旋極化載流子運(yùn)動(dòng)的影響。電場(chǎng)通過(guò)改變自旋擴(kuò)

3、散長(zhǎng)度來(lái)影響自旋極化載流子的運(yùn)動(dòng)。對(duì)電子來(lái)說(shuō)，電場(chǎng)方向和擴(kuò)散方向相同時(shí)，電場(chǎng)增大會(huì)導(dǎo)致自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度減小，擴(kuò)散變快，電子深入樣品的平均距離小，不利于在有限厚度薄膜中獲得高自旋極化率；電場(chǎng)方向和擴(kuò)散方向相反時(shí)，電場(chǎng)越大，自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度越大，有利于獲得高自旋極化率。對(duì)空穴來(lái)說(shuō)，情況正好相反。
　　 (2)從OLED結(jié)構(gòu)需求出發(fā)，在“二流體”模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)求解電極和有機(jī)半導(dǎo)體(Organic Semiconductor,OSC)中的電

4、化學(xué)勢(shì)，應(yīng)用極化電流連續(xù)性得出載流子濃度極化率，結(jié)合朗之萬(wàn)(Langevin)電子空穴復(fù)合理論計(jì)算出單線態(tài)和三線態(tài)激子比率，討論了界面電導(dǎo)、電場(chǎng)、電極極化率、OSC和電極電導(dǎo)率匹配等因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，兩電極注入反向極化的載流子并提高載流子濃度自旋極化率，有利于提高單線態(tài)和三線態(tài)激子的比率；自旋相關(guān)界面電阻、正向電場(chǎng)強(qiáng)度和電極自旋極化率的提高，電極和OSC電導(dǎo)率的匹配，有利于提高注入載流子濃度自旋極化率。
　　 (3)考慮到O

5、SC中載流子的特性，將載流子分為自旋向上的單極化子、自旋向下的單極化子和無(wú)自旋的雙極化子，在“二流體”模型的基礎(chǔ)上建立了更加適合OLED的“三流體”模型，討論了單極化子比率、界面電導(dǎo)、電場(chǎng)、電極極化率、OSC和電極電導(dǎo)率匹配等因素的影響。研究表明，當(dāng)模型中雙極化子比率取為零時(shí)，可以得到與“二流體”模型相同的結(jié)果；有機(jī)層中單極化子比率對(duì)注入自旋極化率的影響并不是單調(diào)變化的，它和電場(chǎng)、界面電導(dǎo)、電極極化率等因素有關(guān)。單極化子比率一定時(shí)，增強(qiáng)

6、電場(chǎng)有利于提高單極化子濃度自旋極化率，引入自旋相關(guān)的界面電導(dǎo)可以有效解決有機(jī)層和電極電導(dǎo)率不匹配問(wèn)題。引入界面電阻后，界面處載流子的電化學(xué)勢(shì)不連續(xù)，打破了界面處載流子的準(zhǔn)熱平衡，有利于提高單極化子濃度自旋極化率。
　　 (4)考慮到不同自旋載流子之間的相互作用，從包含自旋庫(kù)侖拽引(Spin CoulombDrag，SCD)效應(yīng)的漂移擴(kuò)散方程出發(fā)，模擬自旋極化載流子注入非簡(jiǎn)并OSC，討論了不同自旋通道之間的相互作用對(duì)注入自旋極化率