最近,在不含任何磁性材料的有机半导体材料及其器件中发现的磁场效应成为一个新的研究热点。这是因为：(1)有机磁场效应能作为一种有效的实验手段来探测器件内部的物理机制；(2)在开发新型的磁光电元器件方面,有机磁场效应存在着巨大的应用价值。尽管在不同的有机半导体器件中,人们已经观察到了各种外磁场作用下的电流变化(有机磁电导)和电致发光强度变化(有机磁电致发光),但是由于潜在的物理机制尚未澄清,这些磁场效应还多是以单一、不连续的形式报道出来。所以,人们很难根据实际需要得到想要的磁效应曲线,因此这也成为实现有机半导体工业化的瓶颈之一。解决该瓶颈的一个办法是：发展有效调控有机半导体器件中磁场效应的技术手段。在先前的工作中,我们系统研究了常规型有机发光二极管中的磁场效应(包括有机磁电导和有机磁电致发光)。结果发现,有机磁电致发光的高场部分可以作为探测有机光电器件中“三重态-三重态激子对相互淬灭产生单重态激子”自旋演化过程的有效“探针”。本论文旨在借助这种新型“探针”,在器件的“电子-空穴对”复合区域,通过掺入客体分子,来操纵界面态的“电子-空穴对”自旋态的形成及演化过程,以此调控有机半导体中新近出现的奇特磁效应。随后,在诠释这些新型磁效应内在物理机制的基础上,我们发展了调控有机半导体器件中磁效应的技术手段(如调控磁效应的低场部分和高场部分的幅度及极性正负等),并利用该磁效应开发出一种双参数、高灵敏度的有机半导体磁性传感器。本论文的具体工作包括以下四个部份：(1)通过共蒸发技术,制备了荧光染料掺杂型有机发光二极管器件(掺杂染料为红光染料DCM和绿光染料DMQA),其结构为ITO/NPB/Alq3:dopant/Alq3/LiF/Al.研究了15K-室温范围内,器件的电致发光强度随磁场的变化关系(即磁电致发光)。我们发现室温下,对于掺杂器件,磁电致发光的高场部分(B>40mT)会在低场(0<B<40mT)增加的基础上出现一个显著下降。这种发光的高场下降,在未掺杂器件中,只有到了低温(T＜100K)才能观察到。基于掺杂引起的载流子捕获和能级陷阱效应,通过讨论外磁场作用下的三重态一三重态激子对的淬灭过程,我们对实验结果进行了定性解释。(2)研究了室温下,荧光染料掺杂型有机发光二极管器件(器件结构如第一部分所述,掺杂染料为为红光染料DCM,橙光染料Rubrene和绿光染料DMQA)的注入电流随磁场的变化关系(即磁电导)。通常认为,“单重态极化子对与三重态极化子对相对比率的改变”是有机磁电导发生变化的主要原因。但是我们发现,窄带系的荧光染料掺杂也会极大地减小器件的有机磁电导。因为荧光染料掺杂不会引起单、三重态极化子对相对比率发生变化,说明还有其它机制可以改变器件的有机磁电导。基于窄带系荧光染料掺杂体系中普遍存在的载流子捕获效应,我们认为是器件中“拆分极化子对的数目”发生了变化,从而实现了对有机半导体中MC的调控。(3)制备了结构为：ⅠTO/NPB/Alq3:NPB/Alq3/LiF/Al的混合型有机发光二极管器件。研究了低温下(15K),空穴传输材料NPB掺入Alq3发光层对器件的磁电致发光的影响。我们发现,当NPB掺入Alq3发光层后,原先磁电致发光在高场下(B>40mT)的下降趋势受到了很大的抑制,并且当混合层中NPB的掺杂浓度到达～50 wt%的时候,这种发光的高场下降趋势基本消失(抑制达到最大)。激发态的演化速率理论模型显示,磁电致发光和三重态激子浓度会随着发光层中NPB的掺杂浓度表现出相同的变化趋势,说明可以通过调控三重态激子浓度可以有效改变磁电致发光。实验证明,NPB掺杂可以有效地改变器件中三重态激子的浓度,继而实现对器件中磁电致发光的调控。(4)基于第一部分和第四部分的磁效应理论研究,我们开发出了一种新型磁光电元器件：“一种双参数、高灵敏度的有机小分子半导体薄膜磁性传感器”(申请号：201010162269.1,公开号：CN101858961),旨在介绍一种将“有机半导体的磁场效应”应用到实际生活中的一个例子。