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本文较系统的研究了以硅为阳极的可见光发射有机发光器件。主要针对硅阳极可见光区域反射小,吸收强的光学特征,设计并制作了适合该体系的高性能透明阴极;针对硅阳极的电学特点,对硅的电阻率进行了优化,对表面特性进行了修饰。同时对硅阳极的空穴注入特点进行了理论上的初步探讨。得到一些比较有创新性的结果,主要体现在如下几个方面:
1.由于硅在可见光区是低透高反的,所以用硅作为阳极制作有机发光器件,出光的通道只能是器件的阴极,这就要求阴极具有很高的透明性。分析对比目前报导过的透明阴极,发现这些阴极比较适合具有高反射率阳极的器件,不适合于采用硅作为阳极的器件。我们采用了我国资源比较丰富的稀土金属Yb作为电子注入层,用透过性能比较好的Au作为保护层,同时对Yb层厚度进行优化,得到了一个高透明性,好的稳定性和电子注入能力的Yb(4nm)/Au(15nm)阴极,实验证明,该阴极非常适合于制作具有类似硅这样的低反射阳极的有机发光器件。
2.分析了硅的空穴注入特性,发现它严重依赖于硅的电阻率。高的电阻率会导致器件内部载流子失衡比较严重,而过低的电阻率又使得硅片上的电压降增大。一系列的实验中发现采用40欧姆厘米的硅片比较适合。如果进一步在硅片上生长一层薄的氧化硅层,会使器件的性能进一步明显改善。
3.在对比硅和ITO的注入特性时发现,二者的注入曲线存在很大的差别。机制也很不相同。硅片阳极的注入基本复合经典的热发射模型。而ITO的注入是分段式的,不同的电压下有不同的机制在起主导作用。同时我们也研究了将体单晶的硅制成硅薄膜,研究发现它的注入机制会有所改变。这是一个与阳极维数有关的效应,我们分析了这种改变后的注入行为,认为用体单晶的硅片作为阳极,注入时由于空穴已具备一定的初速度,它的行为类似于“发射”。而用多晶化的硅薄膜发现它的注入行为类似于“漂移”,用一个改进的热发射的模型来描述符合的很好。最后我们通过实验验证了这种关系。
4.采用经典偶极子K空间能量耗散的模型,对有机发光器件的出光特性进行了一个不同于普通几何光学的再评价。发现在有机发光器件中,特别是对于顶发射的器件,损失在表面等离子体振荡上的能量非常可观。同时指出,采用适当的电极材料,构造合理的器件结构对提高器件的出光效率非常有效,同时用实验对这些结果进行了初步的验证。