光照下有机半导体器件中的磁电导效应

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有机半导体器件中流过器件的电流在外加磁场作用下发生改变的现象被称为有机磁电导效应。由于器件材料中没有任何磁性成分而器件却表现出磁现象,因此引起了科学界的广泛关注。同时,有机材料所具有较强的自旋相干性,良好的柔韧性,材料种类丰富等特点,有机半导体器件结构,测量条件丰富多样,薄膜制备工艺日渐纯熟,使得有机半导体器件显示出了广阔的应用前景。本文主要研究了有机半导体器件的磁电导效应,分别采用分子束外延和旋涂两种镀膜方式生长了两种器件,分别在激光光照条件下研究了器件中的激子在磁场作用下的行为,结合目前文献已报道的物理模型,对产生有机磁电导效应的可能的物理机制进行了阐释。本论文的主要内容包括以下几个部分:(1)简单介绍了有机半导体器件、有机磁电导效应的理论基础及有机磁电导效应的国内外研究现状;介绍了现有的有机磁电导产生机制的几种物理模型;对有机半导体器件的制备工艺和测量技术作了详细介绍。(2)采用分子束外延法制备了结构为ITO/CuPc/NPB/Alq3/LiF/A1的常规有机半导体器件,之后对器件采用波长为442nm和325nm的激光线进行照射产生激子,并在小偏压下(器件没有开启)对激子的演化过程进行控制,同时测量器件的光致磁电导效应。实验发现,不同于电注入产生激子的磁电导效应,磁电导在正、反小偏压下表现出明显不同的磁响应结果。当给器件加上正向小偏压时,器件的磁电导在0-40mT范围内迅速上升;随着磁场的进一步增大,该磁电导增加缓慢,并逐渐趋于饱和。反向小偏压时,器件的磁电导随着磁场也是先迅速增大(0-40mT),但达到最大值后却又逐渐减小。通过分析外加磁场对器件光生载流子微观过程的影响,采用‘电子—空穴对’模型和超精细相互作用理论对正向偏压下的磁电导进行了较好解释;反向偏压下因各有机层的能级关系,为激子与电荷相互作用提供了必要条件,运用三重态激子与电荷的反应机制可以较好解释磁电导出现高场下降的实验现象。(3)采用旋涂法制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/supper yellow-PPV/Ca/A1的有机半导体器件,在激光光照条件下测量了器件的磁电导效应。实验发现,光照能显著增大器件的传导电流。采用较小的传导电流测量器件的磁电导效应时发现,随着电流绝对值的减小,器件磁电导的绝对值迅速增大。随着传导电流方向的不同,器件表现出不同的正、负磁电导效应且正反偏压下磁电导线型近似对称。通过比较器件材料、结构与器件内相应的电流输运特性的关系,认为反偏压下的正磁电导是超精细相互作用原理和三重态激子-电荷反应机制共同作用引起的,正偏压下的负磁电导则与器件内的空间电荷限制电流的输运特性有关。
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