有机发光二极管中单重态激子分裂过程与磁场效应的探究方法的研究

【摘要】由于有机发光器件具有发光性能好、发光面积大、柔韧性好及价格低廉等特点,使得有机发光二极管及其磁场效应的研究具有较好的科学价值和广阔的应用前景。经过多年的发展,对该领域的研究已经取得了瞩目的成就。与传统的自旋注入式器件不同,有机器件不含任何磁性材料,因此,非磁性的有机器件中的磁场效应的微观解释成为亟待解决的难题之一。而且,在不同结构的器件中,磁场对器件内部激子(激发态)之间的相互作用的演化过程的影响不相同,导致器件磁场效应的微观机制不同。因此探究磁场效应的微观机制也就成为人们关注的焦点之一。本论文首先对具有单重态激子分裂特性的有机发光二极管的磁场效应进行了深入研究。基于磁场对器件内激子之间相互作用的影响,对实验现象进行了分析,并结合单重态激子分裂理论讨论了产生有机磁场效应可能的微观机制。然后,通过掺杂的方法改变了器件结构,定性的研究了两种掺杂型有机发光二极管的磁场效应,试图通过掺杂的方法探究有机发光二极管磁场效应微观机制。本论文的主要内容包括以下几个部分：(1)介绍了常规有机发光二极管的基础知识,如超精细相互作用模型、电子空穴对模型、极化子模型、双极化子模型、三重态激子淬灭机制、单重态激子分裂等。并简要介绍了基于有机发光二极管的有机磁场效应的发展背景以及目前对有机磁场效应的研究进展。详细描述了有机发光器件的实验制备技术以及磁效应的测量方法。(2)采用热阻蒸发技术制备了结构为ITO/CuPc/NPB/Rubrene/BCP/LiF/Al的有机发光二极管。同时制备了参考器件ITO/CuPc/NPB/Rubrene/Alq3/LiF/Al和ITO/CuPc/NPB/Alq3/BCP/LiF/Al。在不同温度下,采用恒压模式测量了这组器件电致发光随着磁场的变化(MEL)。发现在室温下器件的MEL可以达到23.5%,并且,随着温度的下降MEL的值逐渐降低。考虑到rubrene中激子能量的特殊性,我们认为上述实验现象是由两种磁场调制的激子之见相互作用—单重态激子分裂和三重态激子淬灭—的转化导致的。室温下,rubrene器件中单重态激子分裂较强,外加磁场抑制分裂过程,导致器件内单重态激子数量相对增加,因此,出现了室温下较大的磁场效应。在低温下,rubrene器件中三重态激子淬灭占主导,所以在低温下器件的MEL出现了高场下降,与实验吻合较好。(3)采用共蒸发技术,制备了掺杂型的有机发光二极管,器件结构为：ITO/CuPc/NPB/rubrene:BCP/BCP/LiF/Al。测量了不同掺杂浓度下器件的磁场效应,发现随着BCP掺杂浓度的增大,器件磁场效应在高场范围内(20rnT<B<500mT)的值急剧减小。然而,在低场范围内(B<20mT),MEL却出现小幅增加。由于单重态激子分裂过程受磁场的影响是：小磁场范围内,磁场促进分裂过程,而大磁场抑制分裂过程。因此,我们认为BCP掺入rubrene中,增大了相邻rubrene分子之见的见距,减弱了rubrene中单重态激子分裂强度,导致器件的MEL的高场值随着掺杂浓度的增大而减小。实验结果与我们的分析完全吻合。(4)制备了掺杂器件,结构为ITO/CuPc/NPB/Alq3:LiF/BCP/LiF/Al,并测量了不同温度下器件的磁场效应(MEL和MC)。结果显示,与未掺杂的参考器件相比,LiF掺杂器件的磁场效应的线型与幅度都发生了明显的改变。掺杂器件与未掺杂器件磁场效应的差异,可以归结为LiF颗粒在器件内电场中发生介电极化的结果。发光层中的激子与LiF颗粒表而的极化电荷发生反应,导致了器件特殊的磁场效应。
【作者】白江文；
【导师】熊祖洪；
【作者基本信息】西南大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】有机发光二极管；有机磁场效应；单重态激子分裂；三重态激子；淬灭；激子-电荷反应；

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