有機(jī)光電器件中的磁效應(yīng).pdf

1、有機(jī)光電器件中的磁場(chǎng)效應(yīng)包括電流和發(fā)光的磁效應(yīng)（即磁電導(dǎo)和磁致發(fā)光效應(yīng)），是指器件的傳導(dǎo)電流或發(fā)光強(qiáng)度在磁場(chǎng)作用下發(fā)生改變的現(xiàn)象。人們發(fā)現(xiàn)，在一些常規(guī)有機(jī)光電器件中，雖然沒(méi)有任何磁性成分，卻有很大的磁響應(yīng)。這種奇特的現(xiàn)象引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。其潛在的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值讓許多的公司，企業(yè)不斷加大投入到有機(jī)磁效應(yīng)的研發(fā)上。經(jīng)過(guò)科學(xué)界和工業(yè)界的共同努力，有機(jī)光電器件和有機(jī)磁效應(yīng)已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用的前期。大量的理論成果不斷涌現(xiàn)出來(lái)，包括大量線型不同

2、或值不同的有機(jī)磁場(chǎng)效應(yīng)。隨著研究的不斷開(kāi)展，人們發(fā)現(xiàn)，采用不同的有機(jī)材料，不同的薄膜生長(zhǎng)方式，不同的器件結(jié)構(gòu)等等，就可以得到不同有機(jī)磁場(chǎng)效應(yīng)。這一方面給有機(jī)磁場(chǎng)產(chǎn)效應(yīng)的研究帶來(lái)了一定的困難，另一方面也讓人們看到了通過(guò)采用不同的方式最終實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磁效應(yīng)的調(diào)控成為可能。目前對(duì)于有機(jī)磁效應(yīng)還沒(méi)有形成統(tǒng)一的理論觀點(diǎn)，對(duì)于不同的磁效應(yīng)，研究者提出了一些與之對(duì)應(yīng)的理論模型，如超精細(xì)相互作用模型、三重態(tài)激子-電荷反應(yīng)模型(triplet-chagre

3、 annihilation，TQA)、三重態(tài)-三重態(tài)激子湮滅模型(triplet-triplet annihilation，TTA)等。總體上說(shuō)，雖然目前對(duì)有機(jī)磁效應(yīng)的研究取得了很大進(jìn)步，但離完全的商業(yè)化應(yīng)用還有很大的差距，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和理論研究。
　　 本文主要研究了以紅熒烯材料(rubrene)為發(fā)光材料的有機(jī)光電器件的磁效應(yīng)，包括磁致發(fā)光效應(yīng)和磁電導(dǎo)效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在基于rubrene的有機(jī)光電器件中，無(wú)論是磁致發(fā)光

4、，還是磁電導(dǎo)都出現(xiàn)了不同于基于Alq3的有機(jī)光電器件。經(jīng)過(guò)分析人們認(rèn)為，在紅熒烯這類(lèi)有機(jī)芳香烴材料中，其材料本身的特性容易產(chǎn)生另一種物理機(jī)制，即:單重態(tài)激子裂變(singlet exciton fission，STT)機(jī)制。本文對(duì)這種現(xiàn)象和物理機(jī)制作了詳細(xì)的闡釋?zhuān)瑢?duì)TTA和STT這兩個(gè)作用過(guò)程對(duì)OLED磁效應(yīng)可能存在的不同影響做了相應(yīng)的解釋。本研究工作主要包括以下幾點(diǎn):
　　 (1)首先介紹了有機(jī)光電器件的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及有

5、機(jī)磁場(chǎng)效應(yīng)的研究背景。并運(yùn)用有機(jī)分子束外延、共蒸發(fā)、熱阻蒸發(fā)、基片清洗技術(shù)等制備OLED的手段制備了以下有機(jī)光電器件:參考器件、rubrene器件。并通過(guò)對(duì)這些器件在外磁場(chǎng)作用下的三重態(tài)-三重態(tài)激子對(duì)的湮滅過(guò)程以及單重態(tài)激子裂變過(guò)程的討論，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定性解釋。
　　 (2)以紅熒烯材料作為發(fā)光層生長(zhǎng)了常規(guī)有機(jī)光電器件，測(cè)量了器件在15K≤T≤300 K的溫度范圍內(nèi)的磁致發(fā)光效應(yīng)(即magneto-electrolumi

6、nescence，MEL)。測(cè)量結(jié)果顯示了rubrene器件的磁致發(fā)光曲線出現(xiàn)了不同于基于Alq3的有機(jī)光電器件（以下稱(chēng)參考器件）的奇特磁響應(yīng)。在室溫條件下，其MEL的低場(chǎng)值顯著低于參考器件的低場(chǎng)值，在高場(chǎng)部分，隨著磁場(chǎng)的增大，其MEL仍然保持迅速增加，直至～500 mT依然沒(méi)有出現(xiàn)飽和跡象。而參考器件在～50 mT時(shí)MEL就開(kāi)始出現(xiàn)飽和趨勢(shì)。并且，rubrene器件的磁致發(fā)光高場(chǎng)效應(yīng)對(duì)溫度很敏感，隨著溫度的降低，器件的高場(chǎng)值迅速降低到

7、零以下。而且其發(fā)光峰隨溫度的降低逐漸紅移?？紤]到rubrene材料的特點(diǎn)，結(jié)合超精細(xì)轉(zhuǎn)化，TTA等物理機(jī)制，我們對(duì)rubrene器件的奇特磁響應(yīng)作了定性的解釋。
　　 (3)在對(duì)rubrene器件的磁致發(fā)光研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了器件的磁電導(dǎo)效應(yīng)。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，rubrene材料中的單重態(tài)激子裂變過(guò)程可能對(duì)器件的有機(jī)磁電導(dǎo)產(chǎn)生一定的影響。相較于參考器件，rubrene器件的有機(jī)磁電導(dǎo)在外加磁場(chǎng)的作用下表現(xiàn)為:在低磁場(chǎng)時(shí)先快

8、速上升，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到～10 mT時(shí)轉(zhuǎn)為下降，直到～100 mT后再次轉(zhuǎn)為上升，但在所測(cè)量的范圍內(nèi)沒(méi)有達(dá)到飽和。通過(guò)對(duì)其中各個(gè)機(jī)理的綜合分析，我們認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是由rubrene材料中超精細(xì)相互作用、TQA作用以及單重態(tài)激子裂變作用這三種機(jī)理共同作用的結(jié)果。
　　 (4)研究開(kāi)發(fā)出了“一種高磁響應(yīng)的有機(jī)發(fā)光二極管”，（專(zhuān)利號(hào):201110269411，公開(kāi)（公告）日:2011.12.21），本有機(jī)發(fā)光二極管器件對(duì)磁響應(yīng)值相對(duì)較高，對(duì)