高质量有机晶体制备、生长机制探索与光电性质研究

论文摘要

有机晶体中分子排列的高度有序以及低的杂质含量,保证了晶体本身具有高的载流子迁移率和高的热稳定性；同时晶体明确的分子堆积结构,为我们研究材料-些本征的特性,如分子间基本的相互作用力、分子排列方式对光电性质（分子聚集体的发光效率和载流子迁移率）的影响规律等提供了模型。发展具有高发光效率高载流子迁移率、低光泵激光阈值的有机晶体材料对于电注入发光与激光的研究具有十分重要的意义。物理气相传输（PVT）法是生长大尺寸、高质量有机晶体的常用方法,而且得到的晶体通常具有厚度薄、表面平滑的特点,非常适合于器件的制备；本论文结合PVT法生长晶体的特点,选择反式二苯乙烯基苯（trans-DSB）作为主体、并四苯（tetracene）和并五苯（pentacene）分别作为客体,考虑了主客体材料在分子结构和堆积方式上的兼容性,利用能量转移制备了具有高发光效率的掺杂晶体,详细讨论了掺杂晶体的光物理性质和载流子迁移性质。主要内容如下：1.以PVT法生长的具有薄片状外形的有机晶体作为模型,分析了在晶体形成过程中的结构和热动力学因素；并且基于trans-DSB、tetracene、pentacene这三种分子相似的线性构型和晶体中“鱼骨刺”（herringbone）形排列方式,分别制备了从蓝光到红光波段颜色可调及白光发射的有机掺杂晶体。2.掺杂晶体通过能量转移实现高发光的同时降低了自吸收,展现了优异的放大自发射性质；同时主客体分子间相互垂直的偶极排列方式导致了取向因子κ2和Forster临界能量转移半径R0都较小,因此在掺杂晶体中较高浓度的掺杂才能保证有效地能量转移；而PVT法正是在高温条件下生长晶体,并且主客体分子在结构上的兼容性保证了较小的晶格失配,具有较高动能的客体分子有利于嵌入到主体晶格中,从而实现了高浓度掺杂。3.掺杂晶体与未掺杂的主体晶体相比,载流子迁移率处于同一数量级,这是因为客体分子掺杂到主体晶体中没有破坏其晶格结构的完整性；掺杂晶体利用能量转移实现高发光效率的同时保持了晶体高迁移率的特征,即在掺杂晶体的体系中实现了高发光和高迁移的统一,是有希望用于电注入发光与激光研究的材料。

论文目录

• 提要
• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 有机光电功能晶体研究背景
• 1.1.1 有机晶体材料的特性
• 1.1.2 高质量、大尺寸有机晶体的制备
• 1.2 有机光电功能晶体载流子迁移性质研究
• 1.2.1 影响有机晶体载流子迁移性质的因素
• 1.2.2 高载流子迁移率的有机晶体材料
• 1.3 有机光电功能晶体发光与激光性质研究
• 1.3.1 影响有机晶体发光性质的因素
• 1.3.2 高发光效率的有机晶体材料
• 1.3.3 有机晶体的电注入发光及激光研究
• 1.4 本论文的研究思路
• 1.4.1 论文的选题
• 1.4.2 论文的主要内容
• 第2章 高质量、大尺寸有机晶体的制备及生长机制探索
• 2.1 引言
• 2.2 物理气相传输法制备大尺寸有机晶体
• 2.2.1 PVT生长晶体的装置
• 2.2.2 材料选择
• 2.3 生长机制的探索
• 2.3.1 晶体的表面形貌分析
• 2.3.2 晶体的结构特性分析
• 2.3.3 晶体生长过程的探索
• 2.3.4 晶体生长的驱动力分析
• 2.4 本章结论
• 第3章 高发光效率、发射颜色可调掺杂晶体的制备及光物理性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 发射颜色可调掺杂晶体的制备
• 3.2.1 主客体材料的选择
• 3.2.2 发射颜色可调掺杂晶体的制备
• 3.3 掺杂晶体的光物理性质
• 3.3.1 掺杂晶体中主客体分子比例的确定
• 3.3.2 掺杂晶体的结构及形貌特征分析
• 3.3.3 掺杂晶体的吸收及发射性质
• 3.3.4 掺杂晶体的放大自发射性质
• 3.3.5 掺杂晶体的时间分辨荧光
• 3.3.6 无定形掺杂薄膜的发射以及时间分辨荧光
• 3.3.7 掺杂晶体和无定形掺杂薄膜中的能量转移特性比较
• 3.4 白光发射掺杂晶体的制备与光物理性质
• 3.4.1 白光发射掺杂晶体的制备
• 3.4.2 白光发射掺杂晶体的表面及结构特征
• 3.4.3 白光发射掺杂晶体中主客体含量的确定
• 3.4.4 白光发射掺杂晶体中的能量转移
• 3.5 本章结论
• 第4章 晶体载流子迁移率测定及实现电泵激光闽值电流评估
• 4.1 引言
• 4.2 掺杂晶体场效应迁移率的研究
• 4.2.1 晶体场效应晶体管的制备
• 4.2.2 掺杂晶体的场效应迁移率
• 4.3 掺杂晶体二极管器件的研究
• 4.3.1 晶体二极管器件的制备
• 4.3.2 掺杂晶体二极管中的空间电荷限制电流
• 4.4 飞行时间法对晶体载流子迁移率的研究
• 4.4.1 飞行时间法测量晶体载流子迁移率的原理及器件制备
• 4.4.2 飞行时间法对trans-DPDSB、CN-DPDSB晶体载流子迁移率的测量
• 4.4.2.1 Trans-DPDSB晶体空穴迁移率的测量
• 4.4.2.2 CN-DPDSB晶体空穴和电子迁移率的测量
• 4.5 有机晶体实现电泵激光阈值电流评估
• 4.5.1 CN-DPDSB晶体的迁移各项异性及可承受的电流密度
• 4.5.2 CN-DPDSB晶体的电注入激光阈值电流评估及面临问题
• 4.6 本章结论
• 第5章 实验用材料和测试仪器
• 5.1 实验用试剂和药品
• 5.2 实验用测试仪器与方法
• 参考文献
• 作者简历
• 发表论文
• 致谢