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本文针对解析能带模型精度高、速度快的优点,利用解析能带模型的蒙特卡罗方法模拟研究了薄膜电致发光器件中电输运信息。
详细描述了传统解析能带模型的建立过程,通过计算能带的态密度、散射率,并把计算结果与全导带模型计算结果相比较,分析了传统解析能带模型的优缺点。进一步模拟讨论了碰撞离化对输运过程中电流倍增和能量分布的影响。
利用扩展法,对ZnS传统解析能带模型进行了改进,解决了解析能带模型中不能包含具有较复杂能谷的高能导带的瓶颈。通过计算改进解析能带模型的态密度和散射率,并与公认的ZnS精确模型(全导带模型)的文献计算结果相比较,证明了改进模型的精度高、速度快、实用性好。对改进的解析模型,利用蒙特卡罗方法编写了ZnS中电子的输运模拟程序,模拟结果与文献计算结果相对比,验证了程序的正确性。
在上述研究基础上,模拟了ZnS中的电输运过程。考察电输运的时间特性,显示输运过程都经历瞬态和稳态两个过程,外加场强越高,对应的瞬态时间会越短。在薄膜电致发光器件中,因为稳态输运占有较大比重,稳态过程中的电子具有的较高的能量,因此是实现发光的主要过程。进一步模拟论证了高场下,分层优化器件结构中,ZnS等半导体材料对电子的加速作用;论证了分层优化结构在一定条件下能提高器件发光效率和亮度。对于分层优化结构器件,如果电子经过加速层加速,进入发光层后,能保证电子初始能量大于或等于一定值(对ZnS发光层,这一值可以是8eV),这样,随外加电场强度的增加,分层优化器件中的稳态值跟传统器件相比,会有一个增加、变化不明显、突变性增加的过程。在关于亮度二次跃升现象论证中,首先简单计算文献中出现两次跃升时外加电场的大小(大小分别为:2MV/cm和4MV/左右);并在此电场条件下,设发光层初始能量为8eV,分别得到分层优化结构器件中,电子平均能量稳态值的两次跃升。同时模拟得到,相同场强下的传统器件中,发光层中的电子平均能量稳态值只有(场强大小为2MV/cm)第一次正常跃升,充分证明这种条件下,分层优化结构器件的优势。总之,分层优化结构不一定总能提高器件的发光效率,只有同时满足发光层中电子初始能量高于一定阈值,相应外加电压大于一定值的条件时,才会发生亮度的二次跃升现象。并说明相同的电场强度下,用SiO2作加速层比用ZnS等半导体材料更容易出现跃升。
本文较全面地揭示了薄膜电致发光器件中电子输运信息,为进一步研究电致发光中其它物理过程乃至整个电致发光过程提供了基本的数据。所提出的研究方法,特别是扩展法对半导体材料具有普适性,对整个半导体输运过程的研究具有很高的参考价值和实用价值。