聚合物半导体薄膜的光电特性和器件研究

论文题目: 聚合物半导体薄膜的光电特性和器件研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 杨立功

导师: 顾培夫

关键词: 聚合物半导体,聚合物光电子器件,有机小分子掺杂聚合物,微腔

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 聚合物半导体是一种结合了无机半导体的光学、电学性能以及聚合物的便于人工设计、合成等两方面优点的新型半导体材料。在半导体产业和信息技术快速发展的时代,由聚合物薄膜为主的各种光电子器件已逐渐显示出其广阔的应用前景。 聚合物薄膜的光电特性是进一步将其应用于光电子器件的基础和关键。本文以此为主线,详细研究了单一聚合物薄膜的发光特性、有机小分子掺杂聚合物薄膜的光电特性;在此基础上对顶发射型非对称微腔发光二极管和微腔光电二极管的光学特性给出了具体的理论分析和优化结果。 对聚合物薄膜的基本光学特性的研究是利用其设计薄膜器件的基础。本文首先从新型聚合物MO-PPV薄膜的基本发光特性研究开始,通过光谱分析和微观结构的观察,对薄膜表面形貌、内部形态、聚集密度、聚合物分子结构以及退火处理等各种影响薄膜发光性能的因素进行了分析研究。特别是从跃迁理论和实验观察上,仔细辨别并讨论了具体薄膜样品中出现聚集体或激基缔合物发光的可能性。 由于单一聚合物薄膜在实际应用中存在一定的自吸收和发光光谱宽等不足,而有机小分子掺杂的聚合物薄膜可以有效克服这些缺点,并且便于调节发光光谱。因此本文进一步分析了在聚合物PVK薄膜中掺TMEP体系中的发光特性。着重研究了Frster能量转移机制、载流子受陷机制在掺杂聚合物薄膜的光致发光和电致发光中的作用,制备了高发光性能的发光二极管。 将聚合物薄膜应用到具体的薄膜器件中,除了薄膜自身的光学特性,还要对具体器件结构的光学特性进行设计和优化。论文的最后一部分对具有非对称微腔结构的有机光电子器件:顶发射型发光二极管和光电二极管的光学特性进行了详细分析和优化。在对发光二极管半透明阴极的优化中提出了结合薄膜发光特性的新的优化参量,并对器件的外耦合效率进行了定量计算;针对微腔光电二极管,首次给出了包含有角度因子的微腔共振场的解析表达式,考察了宽角度范围内器件的共振吸收特性及量子效率的变化,得到了优化的结构参数。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 半导体聚合物材料

1.1.1 共轭聚合物的基本物理特性

1.1.2 光电子器件中的共轭聚合物

1.1.2.1 发光聚合物

1.1.2.2 光电转换聚合物

1.1.2.3 激光增益用聚合物

1.2 有机固体中的电子跃迁特性

1.3 聚合物光电子器件

1.3.1 聚合物发光二极管

1.3.2 聚合物激光二极管

1.4 微腔结构在聚合物光电子器件中的应用

1.5 本论文主要研究内容和创新意义

1.5.1 主要研究内容

1.5.2 本文创新点

参考文献

第二章 MO-PPV 聚合物薄膜的发光性能

2.1 聚合物半导体：聚对(2—甲氧基—5—辛氧基)苯撑乙烯 (MO-PPV)的合成和聚合

2.2 MO-PPV溶液和厚膜的发光

2.3 MO-PPV聚合物薄膜的制备与测试

2.3.1 MO-PPV薄膜的旋涂制备

2.3.2 薄膜样品物理性能的测试

2.4 MO-PPV聚合物薄膜的发光特性分析

2.4.1 曲线拟合算法和过程

2.4.2 吸收光谱分析

2.4.3 荧光光谱分析

2.4.4 荧光激发谱和选择激发荧光光谱分析

2.4.5 分子链间相互作用的影响

2.4.6 退火后薄膜激发光谱的改变

2.5 多层聚合物薄膜结构旋涂制备的尝试

参考文献

第三章 有机小分子掺杂聚合物薄膜中的能量转移

3.1 小分子掺杂聚合物薄膜中的发光

3.1.1 基于能量转移机理的发光

3.1.2 有机掺杂发光材料

3.2 掺TMEP的PVK聚合物薄膜中的能量转移的实验研究

3.2.1 含苝及其化合物的发光材料

3.2.2 苝酸四甲酯(TMEP)的合成与表征

3.2.3 器件制备

3.2.4 光致激发下从PVK到TMEP的能量转移

3.2.5 单层掺杂聚合物薄膜的电致发光

3.2.6 高浓度TMEP掺杂浓度情况下的发光性质

参考文献

第四章 非对称微腔结构的有机薄膜光电子器件

4.1 顶发射金属微腔OLED的优化设计

4.1.1 金属薄膜复合阴极的分析

4.1.1.1 理想单介质阴极覆盖层的初步优化

4.1.1.2 实际单介质层对腔镜反射系数和位相的影响

4.1.2 腔镜反射性质对腔内自发辐射的调制

4.1.2.1 微腔内辐射总能量的计算模型

4.1.2.2 对介质覆盖层的综合优化

4.2 微腔增强型光电二极管

4.2.1 微腔光电二极管的等效光学模型

4.2.2 对半导体微腔光电二极管的解析法分析

4.2.2.1 扩展硬质镜近似

4.2.2.2 腔工作模式的确定及腔场分布计算

4.2.2.3 微腔结构对共振特性和量子效率的影响

参考文献

第五章 总结与展望

致 谢

发布时间: 2005-07-27

参考文献

• [1].聚合物薄膜退火自组织结构的形成机理及其应用[D]. 陈晓春.南京大学2012
• [2].高性能半导体聚合物分子取向和薄膜结构的调控及其电荷输运特性研究[D]. 潘国兴.中国科学技术大学2017
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