论文摘要
本文系统地从实验上研究了硅基有机电致发光器件及其物理。主要利用多晶硅阳极研究了红外有机电致发光,并且制作了有效的硅基红外发射。在可见发光中,研究了以n硅为阴极的具有顶出光阳极结构的有机电致器件中n硅阴极电子浓度对器件性能的影响;其次针对p硅阳极的空穴注入可调的特性,结合高效电子注入材料,发挥了p硅阳极用于有机电致发光的优势——空穴注入能力的易可调特性可以很好去匹配电子注入,从而实现高效的硅基有机发光。本文得到了一些有创新性的结果,主要有:1.在研究以硅为阳极的有机红外发光的器件中,我们选用铒金属络合物Er（acac）3掺入到电子注入层内,获得了硅基红外有机电致发光。器件结构为p-Si/ SiO2 / NPB / AlQ/ AlQ: Er（acac）3 /AlQ /Sm /Au。优化了有机材料Er（acac）3的掺杂浓度,并且研究了Er（acac）3对AlQ发光的淬灭作用。最后对红外发光机理做了探讨。2.在硅为阳极的有机红外发光器件中,由于Er（acac）3成膜性不理想,我们改用ErQ作为红外发光层,利用夹心结构即NPB/ ErQ /AlQ获得了红外电致发光,而且红外发射强度比之前提高了数十倍。针对红外的出光效率,对硅阳极进行一些改善。具体方法是,在玻璃上利用磁控技术生长一层超薄非晶硅,再利用金属诱导技术晶化成多晶硅。使用这层超薄的多晶硅层作为红外器件的出光阳极,获得了基于超薄多晶硅阳极的有机红外电致发光。该器件的效率比早期结构的器件效率高出两个量级。3.研究了基于n硅阴极的顶发射有机电致发光器件。利用低功函数金属Sm作为n硅阴极表面的修饰层来降低n硅表面的功函数,使之能有效注入电子,从而解决了n硅作为阴极的困难。器件结构为n-Si （cathode） / Au:Sb 2 nm / Sm 4 nm / AlQ 60 nm / NPB 60 nm / V2O5 10 nm/ Au 7 nm （anode）。研究发现,高的n硅表面电子浓度对器件效率有着显著的正面影响。10-3 ?cm n-Si/Au:Sb为阴极的器件的功率效率是10 ?cm n-Si/Au为阴极的器件的功率效率的10倍。在优化V2O5的厚度之后,我们的n硅阴极器件的功率效率为0.8 lm/W,要高于先前报道的常规p硅阳极顶发射有机电致发光器件的对应值,约0.2 lm/W。4.制作和研究了不同电阻率的p硅基阳极顶发射有机电致发光器件。比较不同电阻率的p硅阳极的空穴注入能力和不同的电子注入能力对器件性能的影响。研究发现,在我们这种p硅为阳极的有机电致发光器件中,增强空穴的注入能力可以用降低p硅电阻率这种简单的办法来实现,从而达到匹配增强了的电子注入的效果。如果我们的器件是使用常规的AlQ作为电子注入传输层,那么最优的p硅电阻率是40 ?cm;如果器件是使用具有电子注入增强作用的n型掺杂Bphen作为电子注入传输层,那么最优的p硅电阻率下降到5 ?cm,对应的器件的最大功率效率从0.3增加到1.9 lm/W。这个数值比同样结构的ITO阳极对比器件的对应值1.4 lm/W还要高。我们预计,如果p硅阳极有机电致发光器件应用更加有效的电子传输材料,也即电子注入能力得到进一步加强的话,对应的优化p硅电阻率将进一步下降,同时可以预期一个更加高的功率效率值。这是p硅阳极相比于ITO阳极的一个优点。5.实现了一个基于有机发光的高效硅基光源。器件结构为p-Si （5 ?cm）/ SiO2（2nm）/ NPB / CBP: （ppy）2Ir（acac） / Bphen /Bphen: Cs2CO3 / Sm / Au.在这个器件中,超薄氧化硅钝化的p硅阳极提供了强空穴注入,n型掺杂的Bphen电子传输材料提供了强电子注入,有机磷光发光材料是高效的发光体,低功函数和高透过率的双层金属结构作为阴极。器件的启亮电压为3.2 V。最高的流明效率和功率效率分别达到69 cd/A and 62 lm/W,对应于12%的最大功率转换效率和17%的外量子效率。
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