【正文】 一步增大了電子的注入和傳導(dǎo)。同時(shí)，注入的電子也會(huì)對(duì)陽極處的空穴電荷以及空穴的注入和傳導(dǎo)施予類似的作用，形成一個(gè)再造過程 。當(dāng)注入電壓足夠高時(shí)，此過程最終形成了高濃度且濃度相等的可動(dòng)電子 n和空穴 p的等離子體即 p=n(且 原有的電子 n0 和空穴數(shù)目0P )，也就是說器件體內(nèi)變成了電中性的，體內(nèi)阻抗 R非常小，即 R→ 0，而電導(dǎo)很大，即 σ → 很大，可以這樣形象地描述，這就等效于把等離子體注入到了內(nèi)部，伴隨著一系列物理過程的發(fā)生，諸如電中和效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、空間電荷限制電流效應(yīng)，載流子壽命隨注入電壓變化以及遷移率隨注入電壓的變化，特別是內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的電導(dǎo)調(diào)制 效應(yīng)使得器件由高阻變?yōu)榈妥鑵^(qū)并最終造成 I一 V特性曲線出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)段 。 在高電壓下注入的空穴 p和電子刀數(shù)目 器件體內(nèi)原有的電子場和空穴湯數(shù)目。此式非常重要，它反映了高電壓注入?yún)^(qū)的基本特征 :電中性條件近似成立。這就意味著該區(qū)的凈電荷幾乎為零，電場很低，因而對(duì)應(yīng)于很低的體壓降。同時(shí)，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 該區(qū)也是發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制的區(qū)域，很大的電流得以通過。這就是我們觀察到負(fù)阻轉(zhuǎn)折時(shí)電壓突然降到很低而電流卻很大的原因。由于電子和空穴濃度非常高，所以形成了相互依存的電子一空穴等離子體。這樣我們處理的就是等離子體的傳輸問題了。 不能再沿用較低電壓 下的理論模型來處理電子和空穴傳輸問題。為了處理此情況下的問題，可以用一個(gè)簡便易行的辦法 :將空穴和電子的電流連續(xù)性方程聯(lián)合起來，并引入新的概念 :采用雙極遷移率 μ ? 和雙極擴(kuò)散系數(shù) D? ，分別作為電子、空穴遷移率和 擴(kuò)散系數(shù)的代函數(shù)。組合后的單一方程對(duì)兩類載流子均適合，當(dāng)我們專注于該區(qū)一種載流子時(shí)，另一種載流子存在的影響自動(dòng)概括在新定義的雙極參數(shù)中了。如果計(jì)及電場引起的漂移，濃度梯度引起的擴(kuò)散以及通過深能級(jí)的復(fù)合效應(yīng)在內(nèi)的諸多作用 后載流子的輸運(yùn)方程變?yōu)? 22xpDptp????????????? 22xnDntn????????????? ?D 與 ?? 分別為雙極擴(kuò)散系數(shù)，雙極載流子壽命。由于電場非常低， 上式 中由電場引起的載流子漂移項(xiàng)己經(jīng)被忽略掉了 。 圖 具有負(fù)阻區(qū)段的 I一 V特性曲線 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 上式是在認(rèn)為兩種載流子壽命是一樣的，即 n? =p?的條件下得到的，然而實(shí)際情況兩種載流子壽命并不一定相等 n? p?? ，大多情況下 n? p? 采用 Lalllpert和 Ashley模型。 p? n? , p? 是具有電子的負(fù)電中心對(duì)空穴的俘獲截面， n? 為具有空穴的正電中心對(duì)電子的俘獲截面。顯然 n? p? ，因此在低場情況下空穴不可能渡躍到陰極，電流是空間電荷限制電流或陷阱限制電荷電流，滿足 I 1?? mV 關(guān)系，如 m=8隨著電壓的升高和電場的增強(qiáng)，被俘獲的空穴數(shù)目不斷減少，即意味著 p? 不斷減小，空穴渡躍時(shí)間不斷縮短，在某一臨界電壓 htV, 下，空穴能夠?qū)崿F(xiàn)從陽極到陰極的完全渡躍。同時(shí)有相當(dāng)數(shù)量的空穴被俘獲而填入空穴俘獲中心，致使空穴壽命不斷增大，而電子壽命卻不斷減小。 保護(hù)層 (PL)對(duì)器件性能的影響 在該器件制造過程中，由于考慮到該器件特殊的反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使得它的陽極 ITO位于器件最頂部，即必須在所有的有機(jī)層之上來形成 ITO陽極層，這不可避免地對(duì)有機(jī)層特別是對(duì)緊鄰陽極層的空穴傳輸層產(chǎn)生了損傷，這種損傷有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致器件性能無法挽回的衰退。因此，我們在頂部陽極和有機(jī)空穴傳輸層之間增加了一層聚合物 PTCDA層作為保護(hù)層 (PL)，之 所以選聚合物是考慮到聚合物具有不易結(jié)晶，玻璃化溫度較高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，下面的實(shí)驗(yàn)證明這層 PL對(duì)器件性能起到了重要的作用。 PL厚度對(duì)器件 j一 V特性的影響 圖 具有不同厚度 PL的 OILED正向 j一 V特性 將具有代表性的不同厚度 PL層的器件同沒有 PL層的器件的正向電流密度 電蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 壓特性曲線取對(duì)數(shù)坐標(biāo)對(duì)比于圖 ，其中 Alq3 層厚度均為 1000197。， TPD層厚度為 1500197。，芯片面積約為 4㎜ 2 .由圖 可看出這些特性與以前報(bào)道的傳統(tǒng)的 OLED類似。在傳統(tǒng)的 OLED中觀察到的是陷阱電荷限制電流傳導(dǎo) (I 1?? mV )。由圖看出，盡管 PTCDA層厚度變化， OILED仍然滿足這個(gè)關(guān)系， m=8，它既不依賴于這種器件特殊的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，也不受 PTCDA的厚度的影響。實(shí)驗(yàn)中測得，當(dāng) PTCDA的厚度從 150197。變到 50197。時(shí)，用 PTCDA作為保護(hù)層的 01LED的工作電壓突然上升了 3V，這說明 PCL層不能過薄。既然 PTCDA比起 Alq3 ，更薄且傳導(dǎo)性更 強(qiáng)，通過其上的電壓降要比器件其他部分上的電壓降小。因此，在 j一 V特性中這種突變說明了由 ITO層來的載流子的注入效率發(fā)生了改變 .這同時(shí)也反映了 ITO的濺射對(duì)最頂部的有機(jī)膜已經(jīng)產(chǎn)生了損傷，如果說所測試的具有盯 CDA保護(hù)層的 OILED器件的產(chǎn)額為 100%的話，這種損傷導(dǎo)致沒有保護(hù)層的 OILED的產(chǎn)額大約只有 30%.當(dāng) PTCDA層的厚度小于50A時(shí)， 0ILED的工作電壓發(fā)生了突然的增加，此時(shí)損傷區(qū)域的厚度應(yīng)當(dāng)與 PTCDA層的厚度相當(dāng)。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，大功率沉積 ITO會(huì)使 TPD的性能衰退，因?yàn)檫@使 TPD直接暴露于濺射的 等離子體中， TPD損傷更加嚴(yán)重。 圖 具有不同厚度 PL的 OILED的亮度一電流密度關(guān)系曲線 圖 j和亮度 L的關(guān)系曲線，可以看出在電流密度為 10mA/cm2 擴(kuò)下，沒有 PL的器件其 EL亮度為 30一 40cd/㎡ ，具有 50197。PL的器件其蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 對(duì)應(yīng)亮度為 75cd/㎡ ，而對(duì) 150197。 PL的器件 EL亮度可達(dá) 125cd/㎡ 。這進(jìn)一步證明 PL層能夠有效地提高器件的發(fā)光 效率 。 PL對(duì)器件的最大驅(qū)動(dòng)電流 Imax 的影響 PL層的存在也影響到器件在擊穿前的最大驅(qū)動(dòng)電流 maxI ，對(duì)沒有 PL保護(hù)的OILED的 maxI 只有具有 PL層保護(hù)的 OILED的 maxI 的 8%。 maxI 的這種不同在圖 很明顯，圖中所有的 OILEDs都被驅(qū)動(dòng)到 maxI 直到擊穿 。 因此， PL層既保護(hù)了下面的有機(jī)層，又減小了 OILED的工作電壓，還增加了 maxI 。以前曾有人用 CuPc覆 蓋ITO陽極制造了傳統(tǒng)的 OLED也觀察到了同樣的工作電壓的降低。這是由于從 ITO到 CuPc的空穴勢壘比由 ITO直接到 HTL層的空穴勢壘降低的更多，提高了載流子的注入效率。 圖 不同 PL厚度的 OILED的發(fā)光強(qiáng)度與電流的關(guān)系曲線。所有的器件在擊穿前均被驅(qū)動(dòng)到最大電流 maxI PL對(duì)器件外量子效率 qe? 的影響 圖 OILED的發(fā) 光強(qiáng)度和電流的曲線?？梢钥闯?，具有 150197。厚度的 PL的器件比 50197。厚度的 PL的器件量子效率低，這個(gè)差別可能是由于 PL的層越厚，其對(duì)光的吸收越高，從而造成射出器件體外的光減少，降低了光的 量 子效率。我們可以推測，既然 PTCDA在 3Alq 的發(fā)射波長 530nm呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收性。盡管對(duì)有蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 PL和沒有 PL的 OILED的 qe? 之間的差別還不清楚，但我們推測 PTCDA/ITO界面處的缺陷會(huì)將一部分發(fā)射出的光散射回 PTCDA使之經(jīng)歷更多的吸收 .在某 種程度上講對(duì) Alq3 的發(fā)射具有透明性的材料應(yīng)該是能提高 OILED的效率的。所以對(duì)于 PL層的材料的選取還有待進(jìn)一步的研究。 PL對(duì) EL發(fā)射譜的影響 具有 50197。厚度的 PL，結(jié)構(gòu)為 Si/Al/Alq3 /TPD:PVK/PTCDA/ITO的 OILED的 EL譜的形狀與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為 ITO/TPD/Alq3 / Al的 OLED(圖 )是相同的，這說明雖然結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)，但其發(fā)光物質(zhì) 仍然是 Alq3 分子。 50197。厚的 PTCDA層的 OILED的譜略微寬一些，這可能是由于 PL的吸收。這進(jìn)一步證實(shí)，結(jié)構(gòu)的反轉(zhuǎn)以及 PL的引入并不改變器件的發(fā)光特性。 圖 OILED(50197。厚的 PTCDA作為 PL)和傳統(tǒng) OLED的 EL譜 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 頂電極 (陽極 )面積對(duì)載流子注入效率的影響 圖 三個(gè)分別具有 2mm2 頂電極面積的結(jié)構(gòu)器件的 IⅤ 特性曲線 圖 1500197。厚的 Alq3 層，頂電極 ITO面積分別為 2mm2的器件的 IV特性曲線。圖中 IV特性很一致說明電流和電極面積成比例，但開啟電壓不受頂電極面積的影響，也表明在電極接觸層附近增強(qiáng)電場并不明顯的影響電流。我們發(fā)現(xiàn)電流 (l)與外加電壓 (v)的關(guān)系與 Alq3 膜層中的陷阱限制電荷的傳導(dǎo)一致。這種在 Alq3 /TPD基的 OLED和 OILED中相同的 I一 V幕次律關(guān)系表明電壓正偏時(shí)， Alq3 在所有的器件中都形成了電流限制層。然而，我們還發(fā)現(xiàn)在電極接觸層 /膜層界面上的電壓降引入了一個(gè)電壓漂移，這個(gè)漂移對(duì)一個(gè)恒定的電流以一個(gè)常數(shù)因子增加工作電壓。這與以前觀察到的結(jié)果相同。這進(jìn)一步表明在空穴 /陽電極接觸層界面區(qū)域的電流必然服從近似于 I 9V? 的幕次關(guān)系，這與 Alq3 所遵循的冪次關(guān)系相同。 為了研究電極接觸層的注入效率， A1一 Alq3 一 Al器件在“正向偏壓下” (底部 Al電極正偏 )發(fā)現(xiàn)了明顯的大電流的不對(duì)稱。這種不對(duì)稱可歸因于接觸界面處化學(xué)勢的不同和它們的粗糙度的不同。由于它們較大的凝結(jié)潛熱，真空沉積的 Al原子當(dāng)熱沉積到有機(jī)膜表面時(shí)與下面的 Alq3 起化學(xué)反應(yīng)，形成界面缺陷降低了接觸能量勢壘。而很明顯的是具有相對(duì)低的升華溫度的 Alq3 分子 沉積到 Al表面形成底層接觸時(shí)這種化學(xué)反應(yīng)被大大地減小了。既然以前的研究蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 表明 Alq3 ，對(duì)電子優(yōu)先傳輸這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性注入暗示了頂部陰電極要比底部陰電極更能有效的注入電子到 Alq3 ，即金屬 A1(或其它適宜的金屬 )蒸鍍在有機(jī)層的上面比蒸鍍在其下面更能有效地注入電子 .既然 OILED的陰極相當(dāng)于 Al一Alq3 Al夾層結(jié)構(gòu)的底電極，與傳統(tǒng)的 OLED相比 OILED的載流子注入效率要 低，這導(dǎo)致了 OILED的發(fā)光效率的降低。這個(gè)較低的載流子注入效率也會(huì)導(dǎo)致了工作電壓的升高，正如以前在一系列用各種成分的陰極的 Alq3 ，器件中觀察到的 。 PL層對(duì)器件最表面狀態(tài)的影響 利用原子力顯微鏡 (AFM)我們對(duì)濺射后無保護(hù)層和有保護(hù)層的樣品表面進(jìn)行了觀察如圖 (a)沒有 PL層的樣品表面 :(b)具有 PL層的樣品表面。 AFM掃描面積為 8000x8000nm2 。由圖看出濺射后沒有 PL層的樣品粗糙、有較大的 起伏，存在較多的團(tuán)狀顆粒，最高起伏可達(dá) 500nm，這個(gè)深度己經(jīng)與有機(jī)層的厚度接近。這些團(tuán)狀顆粒對(duì) HTL層來說都是缺陷，而對(duì)空穴來講則是陷阱，增大了空穴被俘獲的幾率，降低了空穴的遷移，從而降低了器件的效率 :而具有 PL層的樣品表面較為平整，島狀形態(tài)的顆粒較少，表面起伏較低，大約只有 100nln，因此由圖可以直觀的看到，濺射 ITO對(duì)表面損傷還是很大的， PTCDA作為 PL對(duì)器 件表面起到了保護(hù)作用，有效的減少了最上面有機(jī)空穴傳輸層的缺陷。 圖 濺射后 (a)沒有 PL層的樣品表面和 (b)具有 PL層的樣品表面 AFM圖像 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 OILED的特性 及存在的問題 近年來關(guān)于有機(jī)材料的電致發(fā)光方面的研究和產(chǎn)品開發(fā)非常熱門，是國際上競爭得最激烈的前沿科學(xué)領(lǐng)域之一。最新研制的 OLED其核心部分厚度只有幾十個(gè)納米，將其應(yīng)用于有機(jī)薄膜電致發(fā)光顯示器中能提供真正象紙一樣薄的顯示器。有機(jī)電致發(fā)光是在電場驅(qū)動(dòng)下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致有機(jī)材料發(fā)光的現(xiàn)象。有機(jī)電致發(fā)光器件的工作原理與傳統(tǒng)的無機(jī)發(fā)光二極管類似，所以有機(jī)電致發(fā)光器件也稱有機(jī)發(fā)光二極管 (aniClight一 emittingdiode， OLED)。有機(jī)電致發(fā)光 的發(fā)光層為有機(jī)材料，而 且 屬于在電場作用下 (載流子注入 )結(jié)型的激發(fā)所產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。發(fā)光材料既可以是小分子有機(jī)物，也可以是高分子 (聚合物 )材料。前者適合蒸鍍成膜，后者適合旋涂成膜。多層有機(jī)薄膜電致發(fā)光顯示技術(shù)以其卓越的技術(shù)性能，正在全力沖擊著液晶顯示 (LCD)在平板顯示的主流地位，并大有取而代之之勢。預(yù)計(jì) OLED將被廣泛應(yīng)用于國防、家庭、及各種數(shù)碼儀器設(shè)備中，并作為信息時(shí)代一個(gè)國家的科技水準(zhǔn)之一，在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)及國防工業(yè)中將占有舉足輕重的地位。 與目前占主流地位的 CRT及 LCD技術(shù)相比， OLED與 OILED具有以下更多的優(yōu)點(diǎn) : ，比液晶器件小得多 。 圖 OLED與 OILED薄、可彎曲示意圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 ，抗震性能好，因而可以適應(yīng)巨大的加 度和劇烈振動(dòng)等惡劣環(huán)境 ， 非常適合應(yīng)用于軍事活動(dòng) ； 圖 OLED全固態(tài)、無真空示意圖 OLED與 OILDE比 LCD亮得多，對(duì)比度大，色彩效果好幾乎沒有視角問題，可在很大的角度范圍內(nèi)觀看，而顯示畫面不失真 。 圖 在 160度的視角下