基于酞菁的有机近红外电致发光器件及薄膜场效应晶体管的初步研究

论文摘要

首次利用不含稀土离子的配合物InClPc和ZnPc作为发光材料,制备了0.9μm附近的多层结构有机近红外电致发光器件。对器件性能进行了分析比较,优化了器件结构。合成了一系列新型的苯氧基取代InClPc和ZnPc,并用质谱、氢核磁、元素分析等对其进行了表征,验证它们的化学结构并研究了其光学性质。这类新的材料极易溶解于一些常见的有机溶剂,可以通过旋涂的方法制备均匀的薄膜。我们用这些材料作为发光客体掺入主体发光材料中,在国际上首次利用酞菁旋涂薄膜作为发光层,制备了0.9μm附近的有机近红外电致发光器件。这种方法大大简化了制作工艺,降低了制作成本,为今后有机近红外电致发光器件的实际应用提供了一种有效途径。利用自行研制的新型多源有机分子真空沉积系统生长的CuPc薄膜作为OTFTs的有源层,制备了基于两种可旋涂的聚合物绝缘层的CuPc薄膜场效应晶体管。这些器件性能良好,显示了令人满意的p型器件性质。由于酞菁材料的稳定性和廉价性,器件具有低廉的成本、较好的稳定性和寿命,具有可实际应用于驱动大面积柔性OLEDs器件或LCDs器件的潜力。我们同时讨论了不同聚合物绝缘层上沉积的CuPc薄膜的结构性质和对应的CuPc薄膜晶体管的器件性质之间的关系,为进一步器件优化指明了方向。使用M-2000UI型宽光谱可变入射角椭偏仪,首先,以简单的近似透明材料为例进行了椭偏测量和数据处理,讨论了椭偏数据拟合的一般过程。然后重点研究了较为复杂的强烈吸收的酞菁类材料的椭偏测量和数据处理,第一次报道了用椭偏法测量TiOPc薄膜的光学性质的实验与分析过程,并比较了一系列锌酞菁薄膜的光学常数和复介电常数,研究了外围取代基对酞菁材料光学性质的影响。

论文目录

• 提要
• 第一章 综述
• 1.1 有机半导体材料
• 1.1.1 有机半导体材料的优点
• 1.1.2 有机半导体材料的价键和分子轨道理论
• 1.1.3 有机半导体材料的发光机理
• 1.1.4 有机半导体材料的载流子传输机理
• 1.2 酞菁的研究历史与现状
• 1.2.1 酞菁的发展历史
• 1.2.2 酞菁的性质
• 1.2.3 酞菁的合成方法
• 1.2.4 酞菁在有机半导体器件中的应用
• 1.3 有机电致发光器件的发展历程和结构原理
• 1.3.1 有机近红外电致发光器件的发展历程
• 1.3.2 有机电致发光器件的器件结构
• 1.3.3 有机电致发光器件的发光过程
• 1.3.4 评价有机电致发光器件性能的主要参数
• 1.4 有机薄膜场效应晶体管的发展历程和结构原理
• 1.4.1 有机薄膜场效应晶体管的发展历程
• 1.4.2 有机薄膜场效应晶体管的器件结构
• 1.4.3 有机薄膜场效应晶体管的工作原理
• 1.4.4 有机薄膜场效应晶体管工作的物理过程
• 1.4.5 有机薄膜场效应晶体管的应用
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 基于酞菁的有机近红外电致发光器件
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和仪器
• 2.2.1 实验中制作器件常用材料介绍
• 2.2.2 器件制备仪器介绍
• 2.2.3 器件测试系统介绍
• 2.3 基于InClPc的有机近红外电致发光器件
• 2.3.1 器件的结构和制备工艺
• 2.3.2 单层器件A
• 2.3.3 多层器件B （ITO/NPB/InClPc/Alq3/Al）和C （ITO/NPB/InClPc/BCP /Alq3/ Al）
• 2.4 基于ZnPc的有机近红外电致发光器件
• 2.4.1 器件的结构和制备工艺
• 2.4.2 单层器件 D （ITO/ZnPc/Al）
• 2.4.3 多层器件E （ITO/NPB/ ZnPc/Alq3/Al）和F（ITO/NPB/ZnPc/BCP/Alq3/Al）
• 2.5 小结
• 第三章 基于可溶性酞菁的有机近红外电致发光器件
• 3.1 引言
• 3.2 可溶性酞菁的合成
• 3.2.1 材料和仪器
• 3.2.2 1（4）-四-（对叔丁基苯氧基）铟氯酞菁的合成
• 3.2.3 2（3）-四-（对叔丁基苯氧基）锌酞菁的合成
• 3.2.4 合成结果和讨论
• 3.3 基于可溶性铟氯酞菁的近红外电致发光器件
• 3.3.1 器件的制备工艺和器件结构
• 3.3.2 材料的吸收谱和光致发光谱
• 3.3.3 单层器件 A （ITO/（3-tert）ClInPc/Al）
• 3.3.4 基于旋涂发光层的多层掺杂器件 B （ITO/PVK:（3-tert）ClInPc/BCP/Alq3/Al）
• 3.3.5 基于蒸镀发光层的多层掺杂器件C （ITO/NPB/Alq3:（3-tert）ClInPc/Alq3/Al）
• 3.4 基于可溶性锌酞菁的近红外电致发光器件
• 3.4.1 器件的制备工艺和器件结构
• 3.4.2 材料的吸收谱和光致发光谱
• 3.4.3 基于旋涂发光层的多层掺杂器件 D （ITO/PVK:（4-tert）ZnPc /BCP/Alq3/Al）
• 3.4.4 单层三元掺杂旋涂电致发光器件E （ITO/PVK:Alq3:（4-tert）ZnPc /Al）
• 3.5 小结
• 第四章 基于酞菁的有机薄膜场效应晶体管的研究
• 4.1 引言
• 4.2 铜酞菁薄膜场效应晶体管的制备
• 4.2.1 材料体系的选择
• 4.2.2 器件结构的选择
• 4.2.3 实验仪器和设备
• 4.2.4 制备工艺的优化
• 4.3 薄膜结构和表面形貌
• 4.3.1 X射线衍射（XRD）测试
• 4.3.2 原子力显微镜（AFM）测试
• 4.3.3 扫描电子显微镜（SEM）测试
• 4.4 不同绝缘层上CuPc薄膜晶体管的电学性能
• 4.4.1 器件的电学性质
• 4.4.2 结果和讨论
• 4.5 基于其它酞菁的有机薄膜场效应晶体管
• 4.6 小结
• 第五章 酞菁和其它有机光电材料的椭偏研究
• 5.1 椭偏仪测量基本原理
• 5.1.1 偏振光
• 5.1.2 椭偏仪测量原理
• 5.1.3 实验仪器介绍
• 5.1.4 椭偏仪测量技术的特点和优点
• 5.2 近似透明材料薄膜的椭偏研究
• 5.2.1 薄膜的制备和椭偏测量
• 5.2.2 椭偏数据分析一般过程
• 5.2.3 薄膜的光学常数
• 5.3 酞菁薄膜的椭偏研究
• 5.3.1 薄膜的制备和椭偏测量
• 5.3.2 钛氧酞菁薄膜的光学性质和拟合方法的比较
• 5.3.3 钛氧酞菁薄膜的吸收谱和光学禁带宽度
• 5.4 取代基对酞菁薄膜光学性质的影响
• 5.4.1 薄膜的制备和椭偏测量
• 5.4.2 不同取代基锌酞菁薄膜的光学性质
• 5.4.3 不同取代基锌酞菁薄膜的吸收谱和光学禁带宽度
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻博期间发表的学术论文及其他成果
• 摘要
• Abstract