基于激基复合物有机半导体器件的磁场效应研究

发布时间：2018-02-16 22:17

本文关键词： 激基复合物有机发光器件磁场效应超精细转化三重态-三重态激子湮灭　出处：《西南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在不包含任何磁性功能材料的有机光电器件中,器件的发光和注入电流随外加磁场发生改变的现象,称之为有机磁场效应。有机磁场效应因在开发集磁-光-电一体的新型有机半导体器件方面具有潜在应用价值,以及可作为一种新型的研究手段用于探测器件内部载流子输运、激子的形成和解离等微观过程,从而引起了人们广泛研究兴趣。近年来,经过科学家们的努力,关于有机磁场效应的理论研究取得了长足的发展,但因有机半导体材料内部电子结构复杂,所以截止目前有机磁效应仍许多问题亟待解决,如有机磁场效应强度不够明显,产生微观机制尚存在争议以及如何利用有机磁场效应揭示器件内部的微观机制等。本论文针对“如何获得超强的有机磁场效应”以及“磁场效应产生的微观机制”两个问题,制备了基于激基复合物的有机发光器件。通过系统研究外加磁场作用下激基复合物发光器件中单、三重激发态间的行为过程,在激基复合物发光器件中获得了超强的磁场效应,并就激基复合物中产生磁场效应的微观机制进行了深入地讨论。最后,在已论证微观机制的基础上,利用有机磁场效应作为一种研究手段,研究了激基复合物中三重激发态间的湮灭这一微观过程,进而揭示了激基复合物器件中电致发光效率普遍低下的原因。本论文主要包括以下几个部分：(1)首先大致介绍了关于有机材料的吸收、发射特性以及器件的发光机理,旨在对有机发光二极管的发光机制有较为清晰的认识,从而为全文展开基于激基复合物发光器件中的有机磁场效应研究做铺垫。紧接着,讨论了有机磁场效应的研究背景、存在的问题以及目前有机发光二极管中磁场效应的主要微观机制,进而揭示本论文的研究目的和意义所在。而第二章则主要介绍了激基复合物器件的制备工艺、测试方法以及所需仪器设备。(2)制备了以m-MTDATA为电子给体、以3TPYMB为电子受体的激基复合物有机发光二极管,其结构为：ITO/m-MTDATA/m-MTDATA:3TPYMB/3TPYMB/LiF/Al。在不同电流密度下,测量了器件在室温时的发光和电流磁场效应。实验结果发现,在外加较小磁场怍用下,激基复合物发光器件可表现出超强的磁场效应,其中发光和电流磁场效应分别可达120%和65%。随后,我们在通过系统研究器件在不同的工作温度、不同激基复合层厚度以及不同电子受体浓度下的磁场效应基础上,提出了一种关于产生强磁场效应的物理机制模型,认为由于激基复合物中单、三重激发态间的能量差较小,容易发生单、三重激发态间的自旋混合这一过程,而外加磁场将调控这一过程,使得单、三重态激发态比例发生变化,进而表现出超强的磁场效应。最后,在已论证物理机制模型的基础上,在基于不同电子给体材料TTP的激基复合物发光器件中同样得到了超强的有机磁场效应。(3)制备了以m-MTDATA等为电子给体材料(Donor),以A1q3、TPBi、PPT、PBD为电子受体材料(Acceptor)的激基复合物有机发光二极管,在不同偏压和温度下,测量了器件的发光磁效应随单、三重态激发态间的能级差△EST的变化关系。结果发现,随着单、三重态间的能级差△EST的增大,器件的发光磁场效应值越小；器件的发光磁场效应线性则表现出不同于常规器件的实验现象,即低场快速上升,高场逐渐趋于饱和,而始终未呈现出高场下降的现象。这不仅进一步证实了激基复合物中的磁场效应与单、三重态激发态间的能级差有关,而且表明了激基复合物中的三重态间的湮灭过程通常很难发生。(4)本章通过选取不同三线态能量的电子给体材料m-MTDATA和TTP,制备了两种激基复合物有机发光器件。在不同电流密度下,测量了两种器件的发光磁效应随温度的变化关系。结果发现,温度大于100 K时,两种器件的发光磁效应均不会呈现出高场下降的现象；只有当温度降低到20 K时,在单重态和三重态间的能量差(△EST)较小和给体分子三重态能量较高的TTP器件中,才会呈现出明显的高场下降,且外加偏压越大,下降越明显。发光磁场效应随温度的这一变化趋势,证实了激基复合物中存在三重态-三重态间湮灭过程。这一研究结果,对进一步理解激基复合物发光器件内在机制以及提高器件发光效率具有很好的科学意义。
[Abstract]:In recent years , the organic magnetic field effect has been studied in this paper . The luminescence and current magnetic field effect of the device under different current densities is measured . The results show that the luminescence and current magnetic field effect of the device can reach 120 % and 65 % respectively . The results show that the luminescence and current magnetic field effect of the device can reach 120 % and 65 % respectively . ( 4 ) In this chapter , by selecting the electron donor materials m - MTDATA and TTP of different triplet energies , two kinds of organic light emitting devices are prepared . The results show that when the temperature is lower than 100 K , the luminescence magnetic effect of the two devices will not show a high field drop .

【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN303

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