有机固态阴极射线发光中基本参数的表征及改进

论文摘要

发光是自然界的一种基本现象,是物理学科中的一个重要分支,已经被应用到各种不同领域的研究中,如光学、化学、矿物学、考古学、医学、生物学。发光有五个重要的基本特征需要研究:光谱、强度、衰减、效率及偏振。另一方面,测定动力学参数是对发光学中基本问题的研究,将有助于更好的研究发光中的基本特征。在这种背景下,本文从固态阴极射线发光入手,对其发光的重要特征进行了理论和实验研究,包括光谱、强度,并利用新的结构对它进行了改进,最后对载流子迁移率测量的新方法进行了探索。论文的主要研究内容和取得的成果如下:A.固态阴极射线发光中光谱、强度的表征固态阴极射线发光是一种崭新的发光方式,它的发现是在理论上的创新,是在源头上的创新。1.利用有机/无机复合电致发光的方法证实,在较低的电压下ZnO、ZnS相对于SiO2具有较好的一次特性（传导特性）,在较高的电压下SiO2较ZnO、ZnS有更好的二次特性（倍增及加速特性）。把ZnO及ZnS引入到有机电致发光中,通过电场强度和注入势垒的协同作用,使得发光效率得以提高。2.固态阴极射线发光具有两个特征:第一个是具有长波及短波两个发光峰,并且这两个发光峰的发光强度随着电压的不同而变化,第二个是短波峰的增加幅度大于长波峰的增加幅度。这两个特征的形成和初电子的来源以及发光机制相联系。低电压下的长波发光来源于碰撞激发后激子的发光,高电压下的短波发光则来源于电场作用下激子离化后的带带间的复合发光以及直接的碰撞离化。在较低的电压下初电子来源于界面态,而当电压较高的时则来源于隧穿。3.激子解离的动力学分析表明理论计算和实验结果能够吻合的比较好,在电场较低的情况下,电场是激子解离的主要因素,在电场较高的情况下,除电场外直接的碰撞离化也是一个不可忽略的因素。经过理论计算,激子形成的截面是带-带辐射复合截面的6倍。B.固态阴极射线发光中发光弛豫时间及初电子源的改进利用阱结构及场发射阴极阵列对固态阴极射线发光进行了改进,这属于在器件结构上的创新。1.频域内不同发光寿命发光的研究表明,可以通过改变频率来提高效率,尤其是短寿命的发光。单重态激子与三重态激子形成截面的研究表明,激子的形成截面对于发光效率有重要的影响。以此为基础,结合固态阴极射线所固有的一些优势,提出了在频域内通过抑制三线态激子的发光而提高发光效率的方法。2.光激发下阱结构的能量转移的研究表明,阱结构中阱层的发光能够通过改变垒层的材料、阱的数目和厚度、激发波长来调整和提高。光激发下的阱结构中,随阱层厚度的变化而出现的蓝移是由于光谱的重叠造成的。利用电场调制的光致发光对掺杂和未掺杂的器件进行了研究,结果证明阱结构能够降低激子的猝灭。电激发下的阱结构中可以提高器件的发光效率。固态阴极射线激发下的阱结构,实现了固态阴极射线发光强度的提高,短波峰出现的电压降低,并出现了新的物理现象,如电荷转移激子峰的出现,短波峰的蓝移。3.利用水热法在较低的温度下生长了具有比较好的形貌和晶型的ZnO纳米棒,并表现出了较好的场发射特性,当电流密度为1μA/cm2时,开路电场是2.8V/μm,当电场为6.4V/μm时,电流密度可以达到0.67 mA/cm2,场增强因子为3360。稳定性测试表明,在5小时内,4.5V/μm的电场下,其波动不超过25%。SiO2薄膜的场发射特性表明ZnO纳米棒的场发射性能远远强于SiO2薄膜的场发射性能,能够提供更多的初电子。将ZnO纳米棒应用到有机电致发光器件中,实现了ZnO的可见区发光（570 nm）以及紫外区的发光（342 nm）,相对ZnO带间发射（3.37eV）,紫外发光有大约40 nm的蓝移,这是由于器件能级结构对电子的积累造成的。C.载流子迁移率测量的新方法探索突破传统的测量方法的限制,从新的角度进行审视,对载流子迁移率进行了研究,并提出了新的方法,这部分内容属于方法及原理上的创新。在频域内利用电致发光的方法得到在电场为8.3×105V/cm时,MEH-PPV的迁移率为1.64×10-6cm2/V·s,利用交流阻抗谱的方法,得到在电场强度为7.5×105V/cm时,MEH-PPV的迁移率为1.08×10-6cm2/V·s。这与用飞行时间方法测得的结果(电场为105V/cm时,载流子的迁移率为1.99×10-6cm2/V·s)能够相吻合。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 显示技术的平板化
• 1.2 无机电致发光
• 1.3 有机电致发光
• 1.4 有机/无机复合电致发光
• 1.5 器件的制备及重要参数的测量
• 1.6 本论文的主要工作及创新点
• 2 固态阴极射线发光中光谱及强度的表征
• 2.1 引言
• 2、ZnO及ZnS一次特性与二次特性的比较及应用'>2.2 SiO₂、ZnO及ZnS一次特性与二次特性的比较及应用
• 2.2.1 一次特性与二次特性的比较
• 2.2.2 一次特性在有机场致发光中的应用
• 2.2.3 二次特性在场致发光中的应用
• 2.2.3.1 无机场致发光的分层优化
• 2.2.3.2 固态阴极射线发光的发现及证实
• 2.3 固态阴极射线发光的光谱特性
• 2.4 固态阴极射线发光的动力学研究
• 2.5 固态阴极射线发光的发展前景
• 2.6 小结
• 3 固态阴极射线发光中发光弛豫时间及初电子源的改进
• 3.1 引言
• 3.2 利用固态阴极射线发光提高发光性能
• 3.2.1 单重态与三重态发光的研究
• 3.2.1.1 频域内单重态与三重态发光的研究
• 3.2.1.2 单重态与三重态激子形成截面的研究
• 3.2.2 固态阴极射线发光提高发光性能的可能性
• 3.3 阱结构对固态阴极射线发光中弛豫时间的改进
• 3.3.1 有机阱结构光电特性的研究
• 3.3.1.1 光激发下的能量转移
• 3.3.1.2 光激发下光谱蓝移的研究
• 3.3.1.3 电场调制下激子碎灭的研究
• 3.3.1.4 电激发下的特性研究
• 3.3.2 阱结构对固态阴极射线发光中弛豫时间的抑制
• 3.4 利用ZnO纳米棒阴极阵列改进初电子源
• 3.4.1 阴极阵列的制备及表征
• 3.4.2 阴极阵列的场发射性能的测试
• 3.4.3 阴极阵列对初电子源的提高
• 3.4.4 阴极阵列在有机场致发光中的应用
• 3.5 小结
• 4 载流子迁移率测量的新方法探索
• 4.1 引言
• 4.2 载流子迁移率的测量
• 4.2.1 飞行时间方法测量载流子迁移率
• 4.2.2 频域内测量载流子迁移率的电致发光方法的探索
• 4.2.3 利用交流阻抗方法测载流子的迁移率
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集