有機光電器件中的磁效應(yīng).pdf

1、有機光電器件中的磁場效應(yīng)包括電流和發(fā)光的磁效應(yīng)（即磁電導(dǎo)和磁致發(fā)光效應(yīng)），是指器件的傳導(dǎo)電流或發(fā)光強度在磁場作用下發(fā)生改變的現(xiàn)象。人們發(fā)現(xiàn)，在一些常規(guī)有機光電器件中，雖然沒有任何磁性成分，卻有很大的磁響應(yīng)。這種奇特的現(xiàn)象引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。其潛在的商業(yè)應(yīng)用價值讓許多的公司，企業(yè)不斷加大投入到有機磁效應(yīng)的研發(fā)上。經(jīng)過科學(xué)界和工業(yè)界的共同努力，有機光電器件和有機磁效應(yīng)已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用的前期。大量的理論成果不斷涌現(xiàn)出來，包括大量線型不同

2、或值不同的有機磁場效應(yīng)。隨著研究的不斷開展，人們發(fā)現(xiàn)，采用不同的有機材料，不同的薄膜生長方式，不同的器件結(jié)構(gòu)等等，就可以得到不同有機磁場效應(yīng)。這一方面給有機磁場產(chǎn)效應(yīng)的研究帶來了一定的困難，另一方面也讓人們看到了通過采用不同的方式最終實現(xiàn)對有機磁效應(yīng)的調(diào)控成為可能。目前對于有機磁效應(yīng)還沒有形成統(tǒng)一的理論觀點，對于不同的磁效應(yīng)，研究者提出了一些與之對應(yīng)的理論模型，如超精細(xì)相互作用模型、三重態(tài)激子-電荷反應(yīng)模型(triplet-chagre

3、 annihilation，TQA)、三重態(tài)-三重態(tài)激子湮滅模型(triplet-triplet annihilation，TTA)等?？傮w上說，雖然目前對有機磁效應(yīng)的研究取得了很大進(jìn)步，但離完全的商業(yè)化應(yīng)用還有很大的差距，還需要進(jìn)一步的實驗和理論研究。
　　 本文主要研究了以紅熒烯材料(rubrene)為發(fā)光材料的有機光電器件的磁效應(yīng)，包括磁致發(fā)光效應(yīng)和磁電導(dǎo)效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在基于rubrene的有機光電器件中，無論是磁致發(fā)光

4、，還是磁電導(dǎo)都出現(xiàn)了不同于基于Alq3的有機光電器件。經(jīng)過分析人們認(rèn)為，在紅熒烯這類有機芳香烴材料中，其材料本身的特性容易產(chǎn)生另一種物理機制，即:單重態(tài)激子裂變(singlet exciton fission，STT)機制。本文對這種現(xiàn)象和物理機制作了詳細(xì)的闡釋，對TTA和STT這兩個作用過程對OLED磁效應(yīng)可能存在的不同影響做了相應(yīng)的解釋。本研究工作主要包括以下幾點:
　　 (1)首先介紹了有機光電器件的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及有

5、機磁場效應(yīng)的研究背景。并運用有機分子束外延、共蒸發(fā)、熱阻蒸發(fā)、基片清洗技術(shù)等制備OLED的手段制備了以下有機光電器件:參考器件、rubrene器件。并通過對這些器件在外磁場作用下的三重態(tài)-三重態(tài)激子對的湮滅過程以及單重態(tài)激子裂變過程的討論，我們對實驗結(jié)果進(jìn)行了定性解釋。
　　 (2)以紅熒烯材料作為發(fā)光層生長了常規(guī)有機光電器件，測量了器件在15K≤T≤300 K的溫度范圍內(nèi)的磁致發(fā)光效應(yīng)(即magneto-electrolumi

6、nescence，MEL)。測量結(jié)果顯示了rubrene器件的磁致發(fā)光曲線出現(xiàn)了不同于基于Alq3的有機光電器件（以下稱參考器件）的奇特磁響應(yīng)。在室溫條件下，其MEL的低場值顯著低于參考器件的低場值，在高場部分，隨著磁場的增大，其MEL仍然保持迅速增加，直至～500 mT依然沒有出現(xiàn)飽和跡象。而參考器件在～50 mT時MEL就開始出現(xiàn)飽和趨勢。并且，rubrene器件的磁致發(fā)光高場效應(yīng)對溫度很敏感，隨著溫度的降低，器件的高場值迅速降低到

7、零以下。而且其發(fā)光峰隨溫度的降低逐漸紅移?？紤]到rubrene材料的特點，結(jié)合超精細(xì)轉(zhuǎn)化，TTA等物理機制，我們對rubrene器件的奇特磁響應(yīng)作了定性的解釋。
　　 (3)在對rubrene器件的磁致發(fā)光研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了器件的磁電導(dǎo)效應(yīng)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，rubrene材料中的單重態(tài)激子裂變過程可能對器件的有機磁電導(dǎo)產(chǎn)生一定的影響。相較于參考器件，rubrene器件的有機磁電導(dǎo)在外加磁場的作用下表現(xiàn)為:在低磁場時先快

8、速上升，當(dāng)磁場達(dá)到～10 mT時轉(zhuǎn)為下降，直到～100 mT后再次轉(zhuǎn)為上升，但在所測量的范圍內(nèi)沒有達(dá)到飽和。通過對其中各個機理的綜合分析，我們認(rèn)為此實驗現(xiàn)象是由rubrene材料中超精細(xì)相互作用、TQA作用以及單重態(tài)激子裂變作用這三種機理共同作用的結(jié)果。
　　 (4)研究開發(fā)出了“一種高磁響應(yīng)的有機發(fā)光二極管”，（專利號:201110269411，公開（公告）日:2011.12.21），本有機發(fā)光二極管器件對磁響應(yīng)值相對較高，對