光电信息工程光电新型材料外文翻译文献

光电信息工程光电新型材料外文翻译文献

(文档含中英文对照即英文原文和中文翻译)

翻译：

以LiF做为N型掺杂的磷酸三(8 -羟基喹啉)铝薄膜

作者：考希克·罗伊·乔杜里，钟赫尹，佛朗基等

由于其易于加工且可以廉价的制作低成本基板，有机半导体已经成为制作下一代电子和光电子器件的新型材料。为了实现可替代无机材料，有机电子领域已经成为努力研究的热点，尤其是大面积、柔性电子的应用。已经证实对实现高效有机发光二级管（OLED）的平板显示和照明、薄膜场效应管（TFT）、探测器大面积的探测器阵列，及有机光伏电池低成本的太阳能能源的产生有重大的贡献。在所有这些有机设备实施方案中，电荷注入/提取及传输的优化对他们来说是极为重要的技术。有效的注射或提取要求低能量势垒，而有效的传输要求高导电的传输层。

有机半导体的载流子浓度和载流子迁移率都低。由于这些特性，有机器件的开启电压一般都高于无机器件。通常有机传输层会使用非常薄的压降结构，这必然更容易短路，因此不利于设备的稳定性。此外，由于载流子浓度低，载流子在此类材料中的传输是受空间电荷的限制的。类似无机半导体，电掺杂的方法可以提高载流子的传输，从而提高装置性能。具体来说，掺杂的有机半导体已广泛应用于有机发光二极管而且成为降低设备工作电压的一种有效方法。对涂料的掺杂有机半导体材料，如F4-TCNQ作为P型掺杂的受主杂质，而提供电子的碱金属通常用于n型掺杂。虽然在OLED器件中已经可以通过电掺杂来降低驱动电压并增加器件亮度，但是n性掺杂还有问题，特别是碱金属在有机介基质中的高扩散反应。在本研究中我们展示了高效率的由三（8 -羟基喹啉)铝（Alq3的）与无机绝缘氟化锂（LiF）共蒸发的n型掺杂。在这个系统中，我们系统地研究了掺杂浓度对电荷传输的影响，并显示最佳掺杂不仅可以提高电流传输，也可以提高电子的注入和传输而不需要使用低功率函数的阴极电子注入和传输。最后，我们研究了OLED结构中最佳掺杂时电子传输层内降低工作电压和提高效率之间的关系。

在第一部分的研究中，制备了单载流子设备。共同热蒸发实现了Alq3的LiF掺杂。这种掺杂与碱性掺杂相比的优点是提高了稳定性。在有机层和金属阴极之间插入一层薄薄LiF可以降低OLED的驱动电压。在另一份报告显示，在电子传输层中掺杂LiF可以提高设备的效率和可靠性。此外，光电子发射测量显示能量带在Alq3和LiF接口处弯曲可以提高Alq3和Al接口处的电流注入。这些结果表明，LiF对于提高电子注入很有效，这也促使我们用LiF作为n型掺杂。典型的薄膜器件结构包括玻璃基板/铟锡氧化物（ITO）/LiF的掺杂的Alq3/Al。LiF/Alq3的掺杂剂比例是从1到15wt%。为了比较这种掺杂方案的传输特点，制造了使用非掺杂Alq3层和LiF/Al电极且使用广泛应用于OLED设备的结构的器件。这两种器件结构如图1a所示。

用伏安测量的方法对Alq3中LiF的掺杂浓度对器件性能的影响进行了研究，如果有影响，则是电子从阴极注入传输层形成导电性。测量设备也在Alq3层上做了掺杂。图1b显示了在不同掺杂LiF:Alq3器件中电压、电流密度(J–V) 的特性。这些数据清楚的表明，普通掺杂与在双层阴极设备中掺杂相比具有更高的电流。图1b中的插图，描绘了在相同的设备中数据在低电流范围内的浮动。

图2a中用Alq3中LiF的掺杂浓度做双对数坐标来描绘J-V特征，第一点要注意的是电流密度，所有的工作电压随LiF的掺杂浓度水平增加而增加，在4-6wt%时的浓度达到最高。

图1.a）单载波设备的结构示意图：i）掺杂LiF的Aloq3器件；ii）使用双层LiF/Al复合阴极的Alq3器件。b）掺杂LiF的Alq3设备的电流密度与电压（J-V）的特点。也显示了使用双层LiF/Al复合阴极的Alq3设备的数据。插图：放大在低电流区域的相同数据显示了掺杂LiF增加了电流密度。

若超过10%，电流密度随掺杂浓度增加而减少，这可能是由于LiF的聚合。在最高的偏置电压下，且掺杂浓度为4%的设备中最大电流密度高于未掺杂器件四个数量级，比LiF/Al双层阴极掺杂设备的价值更高。其他重要的观察是LiF掺杂对电荷传输特性的影响。很显然在掺杂的Alq3设备和采用LiF/Al双层阴极的设备中，传输时主要是陷阱限制了电流（TCL）的传输，当V>5时主要取决于电流密度。有趣的是，改变传输性质本质上是为了获得无陷阱无空间限制的电荷（SCLC）体质，（J-V2）随LiF的掺杂浓度的增加，表明陷阱内充满了掺杂。即使在无陷阱的SCLC的体质中，也可以明显观察到对当前的掺杂水平的依赖。在电压低于2伏，电流呈线性偏压，因此薄膜的散装系数（S）可估测。即使在1% 的额定掺杂

情况下，Alq3薄膜中温度传导率也增加了四个数量级，掺杂薄膜的数值从5*10-7scm -1到10-11scm -1。在掺杂浓度为4%时，电导率最大可达到10-6scm -1。为了估计自由陷阱SCLC 区域内的电子迁移率，我们使用自由陷阱SCLC 的Mott-Gurney 方程：

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89d j νμε= (1)

在ξ是介电常数,m 是载流子迁移率,d 是样品厚度。结果表明（5*104Vcm -1）低场电子在掺杂浓度为4%的样品中电子的迁移率是1.95*10-5cm 2v -1s -1，通过TOF 方式测量可知迁移率比掺杂Alq3的迁移率约高两个数量级。用TOF 测量掺杂Alq3的电子流动性，在不同的领域对场具有很强依存性，其流动性从低电场10-7cm 2v -1s -1到高电场10-5cm 2v -1s -1。我们的研究结果表明，在掺杂样品中高低电场内的流动性是相同的。表1总结了电导率、载流子浓度、在掺杂和未掺杂Alq3薄膜中的流动值。在这里，取16作为TOF 的流动参考值，并假设其为未掺杂Alq3薄膜的迁移率。在掺杂样品中使用非陷阱SCLC 模型，若有明显的高流动性值，表明陷阱被填满，使得掺杂样品内的载流子迁移率高于未掺杂的样品内载流子迁移率。此外，表1还表示掺杂使得未掺杂样品中的载流子浓度从4.3*1011cm -3增加到1.3*1015cm -3。

表1：电导率、载流子密度、在掺杂和未掺杂样品中的迁移率。

图2.a ）使用Al 阴极并掺杂LiF 的Alq3单载波设备中的电流密度—电压（J —V ）的典型特点。虚线对应的数据显示了由电压决定的电流的不同性质。b ）与在ITO 中掺杂LiF 器件的电流密度—电压（J —V ）的参数相似。图像表明样品中都包含LiF 。