谷洪亮 楊光

摘 要：制作了有機(jī)電致發(fā)光器件，在外加磁場(chǎng)的調(diào)控下，通過(guò)比較蒸鍍了Fe電級(jí)（自旋極化層）與未蒸鍍Fe電級(jí)（自旋極化層）器件的亮度-電壓（L-V）關(guān)系曲線，證實(shí)了利用外部磁場(chǎng)可以改變電子的自旋態(tài)，提高單線態(tài)激子的比率，進(jìn)而提高器件發(fā)光效率。實(shí)驗(yàn)也表明了蒸鍍1nm Fe自旋注入層的有機(jī)電致發(fā)光器件的亮度最佳。

關(guān)鍵詞：磁場(chǎng)作用；Fe電級(jí)；電致發(fā)光器件

引言

有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)光機(jī)理是注入的電子和空穴在發(fā)光層中形成復(fù)合激子而發(fā)光。而費(fèi)米能級(jí)的量子數(shù)為1/2，所以電子和空穴復(fù)合形成激子的單線態(tài)與三線態(tài)數(shù)目比例為1：3。根據(jù)泡利不相容原理，單線態(tài)的激子能夠直接躍遷到基態(tài)發(fā)光，而三線態(tài)的激子不能[1]。熒光發(fā)光的內(nèi)量子效率理論上最高為25%。由此可以看出，提高單線態(tài)激子的比率是提高有機(jī)電致發(fā)光器件的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[2]曾經(jīng)報(bào)道了在發(fā)光層MEHPPV和陰極Al之間使用Co作為自旋極化層，在450奧斯特的外加磁場(chǎng)下，反向電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)器件的發(fā)光效率增加了20%。文章試圖采用Fe來(lái)替代Co作為有機(jī)電致發(fā)光器件的自旋極化層，并在自旋極化層與陰極之間插入一層電子注入層LiF制作了有機(jī)發(fā)光器件，通過(guò)外加磁場(chǎng)的調(diào)制，來(lái)研究Fe電級(jí)對(duì)有機(jī)電致發(fā)光器件性能影響。達(dá)到利用外部磁場(chǎng)來(lái)改變電子的自旋態(tài)，提高單線態(tài)激子的比率，進(jìn)而提高器件發(fā)光效率的目的。

1 器件的制備與結(jié)構(gòu)

器件的制備過(guò)程：首先用洗滌劑除去已經(jīng)刻蝕好的ITO玻璃片表面的油脂，用去離子水、丙酮、酒精、去離子水中依次20分鐘的超聲清洗，用高壓氮?dú)獯蹈汕逑锤蓛舻腎TO玻璃片之后，在紫外燈的照射下用臭氧處理10分鐘；其次，旋涂空穴注入層PEDOT：PSS（約20nm），在溫度為140℃真空干燥箱中干燥1小時(shí)，旋涂發(fā)光層MEHPPV（約100nm），在溫度為140℃真空干燥箱中干燥10分鐘，最后在真空鍍膜機(jī)中蒸鍍自旋極化層Fe、電子注入層LiF和金屬陰極Al[3]。因?yàn)?nm的LiF對(duì)于器件性能提高最大，所以制作的器件LiF的厚度都為1nm。

制作了如下兩個(gè)器件：

（a）ITO/PEDT：PSS（20nm）/ MEHPPV（100 nm）/LiF（1 nm）/Al

（b）ITO/PEDT：PSS（20nm）/ MEHPPV（100 nm）/Fe（1 nm）/LiF（1 nm）/Al

2 結(jié)果與討論

圖1為器件（a）和器件（b）的電致發(fā)光光譜，從測(cè)試圖上可以看出：在無(wú)外加磁場(chǎng)的作用下，F(xiàn)e作為自旋極化層對(duì)于器件的發(fā)光峰并無(wú)影響，其主發(fā)光峰仍然為580 nm左右，但是器件的發(fā)光強(qiáng)度有所增加。

圖1 為器件（a）和器件（b）的電致發(fā)光光譜

為了進(jìn)一步研究磁場(chǎng)作用下Fe電級(jí)對(duì)有機(jī)電致發(fā)光器件性能的影響，制作了如下三組器件：ITO/PEDT：PSS（20nm）/ MEHPPV（100 nm）/Fe（0，1，3，10nm）/LiF（1 nm）/Al

在測(cè)試過(guò)程中，磁場(chǎng)方向需要與載流子注入方向垂直。圖2為對(duì)于上述4種結(jié)構(gòu)的器件分別測(cè)量其電流密度-電壓（J-V）關(guān)系曲線和亮度-電壓（L-V）關(guān)系曲線。

圖2 為磁場(chǎng)調(diào)制下，不同結(jié)構(gòu)器件的電流密度-電壓關(guān)系曲線

和亮度-電壓關(guān)系曲線

從測(cè)試圖上可以看到在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的作用下，自旋注入層厚度在1nm、3nm和10nm時(shí)器件的亮度和電流密度均有所不同，亮度和電流密度均有提高。隨著自旋注入層厚度的增加，在相同磁場(chǎng)調(diào)制下，流過(guò)器件的電流密度增加，但是亮度卻逐漸減小。而自旋注入層厚度在1nm的器件其亮度值最大。在50mT的磁場(chǎng)調(diào)制下，器件最大亮度達(dá)到7210cd/m2；對(duì)于自旋注入層厚度在3nm的器件，器件最大亮度降到了4990cd/m2；而對(duì)于自旋注入層厚度在10nm的器件，幾乎不發(fā)光。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究了不同厚度自旋極化層對(duì)器件性能的影響，驗(yàn)證了在常規(guī)聚合物有機(jī)電致發(fā)光二極管中引入Fe作為電子自旋極化層，能夠有效地提高器件的性能。達(dá)到了利用外部磁場(chǎng)來(lái)改變電子的自旋態(tài)，提高單線態(tài)激子的比率，進(jìn)而提高器件發(fā)光效率的目的。實(shí)驗(yàn)表明：1nmFe自旋注入層的有機(jī)電致發(fā)光器件效果較好，當(dāng)Fe膜的厚度繼續(xù)增加時(shí)，會(huì)使電子注入困難，器件幾乎不發(fā)光。

參考文獻(xiàn)

[1]黃春輝，李富友，黃維.有機(jī)電致發(fā)光材料與器件導(dǎo)論[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.

[2]Yue Wu and Bin Hu， Spin injection from ferromagnetic Co nanoclusters into organic semiconducting polymers，Phys.Rev.B 2007，75，075413[Z].

[3]谷洪亮.ZnS：Mn納米顆粒的制備及在電致發(fā)光中的應(yīng)用[D].北京交通大學(xué)，2010.