有機(jī)半導(dǎo)體中的奇特磁效應(yīng).pdf

1、自從發(fā)現(xiàn)了有機(jī)發(fā)光二極管中的磁效應(yīng)以來，人們針對這一奇特效應(yīng)進(jìn)行了大量研究工作，其中發(fā)現(xiàn)了許多新奇的有機(jī)磁電導(dǎo)(Organic Magneto-condutance，OMC)和有機(jī)磁電致發(fā)光(Organic Magneto-Electroluminescence，OMEL)。300K時(shí)，在外加磁場作用下，有機(jī)光電器件的MC或MEL的增加值就能達(dá)到百分之幾甚至百分之幾十。正是由于其特殊性能，有機(jī)磁效應(yīng)可在傳感技術(shù)、信息存儲、手寫輸入及新奇

2、高效節(jié)能顯示器等方面具有十分重要的開發(fā)價(jià)值。近些年來，通過國內(nèi)外各研究組進(jìn)行深入研究，雖然對有機(jī)磁效應(yīng)的理論機(jī)理進(jìn)行的研究取得了進(jìn)步，但有機(jī)磁效應(yīng)中包含的許多關(guān)鍵性問題仍需要解決。如:在超小磁場范圍內(nèi)基于Alq3的有機(jī)發(fā)光二級管磁電導(dǎo)曲線是否與較大磁場范圍內(nèi)都滿足B2/(|B|+B0)2規(guī)律;非平衡傳輸機(jī)制調(diào)控下的正、負(fù)真負(fù)磁電導(dǎo)的產(chǎn)生機(jī)制;洛倫茲線型和非洛倫茲線型的產(chǎn)生條件和根源;不同金屬電極特性是否能對有機(jī)發(fā)光二級管磁效應(yīng)產(chǎn)生影響等

3、。
　　 本論文主要針對上述關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，對有機(jī)磁效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及應(yīng)用前景進(jìn)行分析。所有研究的最終目的都是充分理解和掌握有機(jī)磁效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理和基本規(guī)律，寄希望尋找出一種能夠?qū)τ袡C(jī)磁效應(yīng)進(jìn)行有效調(diào)控的手段，以至于能夠開發(fā)出匯集電、光、磁一體的高新的多功能半導(dǎo)體器件。
　　 本論文主要包括以下幾個(gè)部分:
　　 (1)第一章首先介紹了有機(jī)半導(dǎo)體的一些研究概況，以及近年來各研究組所取得的新進(jìn)展;其次，大致介紹了有機(jī)半

4、導(dǎo)體器件磁效應(yīng)研究的重要性，及其有機(jī)磁場效應(yīng)研究的應(yīng)用價(jià)值等;然后，分別介紹了幾種基于有機(jī)發(fā)光二極管磁效應(yīng)解釋的理論模型;以及最后分析了有機(jī)發(fā)光二級管磁效應(yīng)研究亟待解決的問題。第二章主要介紹了有機(jī)發(fā)光二極管的制備工藝及數(shù)據(jù)測量所需的實(shí)驗(yàn)儀器和測量步驟方法等。
　　 (2)第三章制備了基于Alq3的常規(guī)有機(jī)發(fā)光二極管，器件結(jié)構(gòu)為ITO/NPB/Alq3/LiF/Al，并在不同工作溫度下測量了器件在不同偏壓下傳導(dǎo)電流磁場效應(yīng)。在較大

5、的磁場范圍內(nèi)，磁電導(dǎo)曲線基本服從B2/(|B|+B0)2規(guī)律。而在超小的磁場范圍內(nèi)，測量結(jié)果則顯示出奇特的超小磁效應(yīng)。結(jié)合載流子自旋與有機(jī)分子中核自旋之間的超精細(xì)相互作用可對載流子自旋的調(diào)控，我們可以對這種超小磁場效應(yīng)給出合理解釋。
　　 (3)第四章采用插入較厚(40，80和120 nm)的BCP空穴阻擋層，制備了結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/NPB/Alq3/BCP(x nm)/Al的有機(jī)發(fā)光二極管，并在不同溫度下測量了器件電流隨

6、外加磁場的變化(即magneto-conductance，MC)。發(fā)現(xiàn)不同厚度BCP插層器件在低場(0≤B≤50 mT)下均表現(xiàn)為正磁電導(dǎo)效應(yīng)，且這一特性與器件工作溫度無關(guān)。但高場部分(B＞50 mT)的MC卻表現(xiàn)出對溫度及厚度有較強(qiáng)的依賴關(guān)系，即隨著溫度的降低，120 nmBCP插層器件表現(xiàn)出明顯的正負(fù)磁電導(dǎo)轉(zhuǎn)變;而80和40 nm的BCP器件則不存在這種轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，在低溫下只存在負(fù)磁電導(dǎo)成分。其原因可能是: MC低場正磁電導(dǎo)部分由超精

7、細(xì)相互作用引起;而高場MC的正負(fù)轉(zhuǎn)變則主要是由于較厚BCP插層引起大量沒有復(fù)合的剩余空穴，與低溫下長壽命的三重態(tài)激子相互作用（即TQA作用）引起的。
　　 (4)第五章本部分采用三類金屬陰極材料Ca，Al和Cu(Au)通過分子束沉積和電子束加熱方式制備了有機(jī)發(fā)光二極管ITO/CuPc/NPB/Alq3/金屬陰極，并在300，200，150，100，50和15K6個(gè)溫度下，分別測量了不同電極器件的發(fā)光隨外加磁場的變化(即magne

8、to-electroluminescence，MEL)。在室溫300 K下，發(fā)現(xiàn)Ca，Al和Cu(Au)電極器件的MEL在低場(0≤B≤50mT)均表現(xiàn)為快速上升;但隨磁場(B＞50 mT)的進(jìn)一步增大，Ca和Al電極器件的MEL緩慢變大并逐漸趨于飽和，且與陰極的制膜方式無關(guān);而采用電子束加熱方式制備的Cu(Au)電極器件，其MEL卻表現(xiàn)出高場緩慢下降;且溫度越低，該類Cu電極器件MEL的高場下降更為顯著。實(shí)驗(yàn)研究表明，Ca和Al電極器

9、件的MEL主要是由超精細(xì)耦合作用隨外加磁場變化引起的。但電子束加熱方式制備的Cu(Au)電極器件的MEL除了超精細(xì)耦合作用引起的低場快速上升外，其高場下降的可能機(jī)制則是:Cu(Au)電極器件中電子-空穴對的俘獲區(qū)(e-h capturezone)靠近陰極界面，相比較于熱蒸發(fā)的方式，電子束蒸發(fā)的方式更容易使重金屬Cu(Au)原子得到更高的能量，使其滲透進(jìn)相鄰的有機(jī)層Alq3中，Cu(Au)原子的強(qiáng)自旋軌道耦合作用導(dǎo)致電子-空穴對發(fā)生自旋翻