بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله تزریق و انتقال حاملها به فیلم نازک ترکیبی - blend - متشکل از Poly - n-vinylcarbazole - - PVK - و tris - 8-hydroxyquinoline - aluminium - Alq3 - با نسبت وزنی 2:10، از دو آند - ITO و ITO اصلاح شده با - Poly - 3,4 - ethylenedioxythiophene/polystyrenesulphonate - PEDOT:PSS - بررسی شده است. مشخصه I-V دیودهای ساخته شده با ضخامتهای مختلف لایه ترکیبی نشان میدهد که جریان در ولتاژ پایین ناشی از تزریق حفرهها در آند و محدود شده به بار فضایی است درحالیکه جریان در ولتاژهای بالا به شدت افزایش مییابد که بر اساس تونلزنی الکترون تزریق شده از کاتد قابل توصیف است.
-1 مقدمه
امروزه توسعه و پیشرفت فناوری ساخت دیودهای گسیلنده نوری آلی در گرو درک و کنترل سازوکارهای بنیادی گسیل نور نظیر تزریق و انتقال بار، تشکیل اکسایتون و فرآیند بازترکیب میباشد
هرچه سد تزریق بارها از الکترودها کوچکتر باشد و تعادل بین شار الکترون و حفره بیشتر باشد، بازده و طول عمر وسیله افزایش مییابد. یکی از روشهایی که منجر به کاهش سد تزریق حاملها در الکترودها، ایجاد توازن بیشتر میان شار الکترون و حفره در ناحیه فعال دیود و در نتیجه افزایش بازده و طول عمر دیود نورگسیل آلی میشود استفاده از ترکیب پلیمرها و مولکولهای کوچک آلی با خاصیت الکترولومینسانس است
انتخاب نیم-رساناهای آلی متفاوت به شکل محلول در ساختار OLED، این مزیت را دارد که از یک طرف فرآیند لایه نشانی ساده است و همچنین با انتخاب ماده آلی مناسب و کنترل غلظت آن میتوان ساختاری با بازده بالا بهدست آورد
در این پژوهش نمونههائی با ساختار ITO/Blend/Al با ضخامتهای مختلف ترکیب PVK:Alq3 ساخته شده است و اثر لایه PEDOT:PSS به عنوان لایه تزریق کننده حفره بر روی مشخصه جریان-ولتاژ نمونههای مختلف بررسی گردیدهاست. همچنین ساز و کارهای تزریق و انتقال حامل-ها نیز مدلسازی شده و پارامتر تحرکپذیری حاملها - - به عنوان عاملی موثر بر خواص الکتریکی و اپتیکی OLEDها محاسبه و ارائه شده است.
-2 جزئیات آزمایشگاهی
در فرآیند آزمایشگاهی نخست مواد PVK و Alq3 خالص با نسبت وزنی مشخص - Alq3:PVK - 2:10 ترکیب شده و در حلال کلروفورم با غلظت 15 mgr/mL حل شدند. سپس ترکیب حاصله به روش لایهنشانی چرخشی بر روی بستره-های ITO با مقاومت سطحی 15 /cm2 که قبلا با محلول-های پروپانول، استون و آب دییونیزه در دستگاه التراسونیک هر بار به مدت 10 دقیقه شستشو داده شده و در آون در دمای 60 °C خشک شدند، لایهنشانی شدند.
در تعدادی از نمونهها لایه PEDOT:PSS بین لایه ترکیبی و بستره ITO به روش لایهنشانی چرخشی انباشت شد. ضخامت لایه ترکیبی 110 nm و 90 به ترتیب با آهنگ چرخش 1800 rpm و 2200 انتخاب شد. پس از لایهنشانی مواد آلی لایهها به مدت یک ساعت در دمای 80 C در محیط نیتروژن خشک شدند. سرانجام لایه آلومنیوم به عنوان کاتد به روش تبخیر حرارتی در خلا با ضخامت nm 180 لایهنشانی گردید. مشخصه I-V نمونهها با دستگاه اسپکترومتر Keithley 2400 اندازهگیری شدند. تمام اندازه-گیریها در دمای اتاق در هوا انجام گرفت و ناحیه فعال نمونهها دایرهای به شعاع 3 mm بود.
-1-2 نتایج و بحث
مشخصه j-V نمونهها با ساختارهای ITO/PVK:Alq3 - 10:2 - /Al - 1 - و ITO/PEDOOT:PSS/PVK:Alq3 - 10:2 - /Al - 2 - و با دو ضخامت متفاوت 110 nm و 90 ترکیب - blend - در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 مشخصه j-V نمونهها برای دو ساختار - 1 - و - 2 - با دو ضخامت متفاوت
شکل 2 نمودار logJ-logV نمونهها را نشان میدهد. همان-طور که مشاهده میشود تمام منحنیها شامل دو ناحیه متفاوت هستند، یک خط مستقیم در ولتاژهای پایین و یک افزایش سریعتر جریان در ولتاژهای بالا. شیب منحنیها در ولتاژهای پایین تقریبا برابر 2 است - که متناظر است با j - V~2 که نشاندهنده آن است که جریان در ولتاژهای پایین از قانون Child تبعیت میکند و محدود شده به بار فضایی است.
شکل :2 مشخصه logj-logV ساختارها با دو ضخامت متفاوت لایه ترکیبی.
بر اساس قانون Child، جریان محدود شده به بار فضایی در شرایطی که دام - trap - وجود ندارد و یا دامها خیلی کم عمق هستند از رابطه زیر پیروی میکند:
که ضریب دیالکتریک، oتراوایی خلا، تحرک پذیری موثر حامل، d ضخامت لایه آلی و V ولتاژ اعمالی است. با توجه به اینکه PVK یک انتقال دهنده حفره با الکترون-خواهی و انرژی یونیزاسیون پایین - بهترتیب 2/3 eV و eV - 5/8 است، تحرکپزیری حفرهها را در ترکیب - 10:2 - PVK:Alq3 غالب در نظر میگیریم و با فرض =3 ، تحرک-پذیری حفرهها را در ترکیب از رابطه - 1 - محاسبه میکنیم. نتایج در جدول 1 آورده شده است. تحرکپذیری حفرهها در PVK از آزمایشهای اندازهگیری زمان پرواز - روشی برای محاسبه تحرکپذیری حاملهای بار - بین 10-7 cm2V-1S-1 و 10-6 اندازهگیری شده است [6] که در توافق خوبی با نتایج بدست آمده در این بررسی میباشد.
جدول :1 تحرکپذیری ساختارهای مختلف
همانطور که دیده میشود وجود لایه PEDOT:PSS که نقش تزریق حفره را دارد باعث افزایش تحرکپذیری حفره-ها در ساختار میشود.
در ولتاژهای بالا که با افزایش سریعتر جریان روبرو میشویم وابستگی چگالی جریان به ولتاژ به صورت توان 5 است که بیانگر وجود تلههای بار در داخل لایههای آلی است. همچنین با افزایش ولتاژ احتمال تونلزنی الکترونها از سد تماس Al و لایه آلی افزایش یافته و بنابراین تزریق دوگانه الکترون و حفرهها باعث مشاهده جریان بالا در این ولتاژهاست.
که q بار الکترون، h ثابت پلانک، m* جرم موثر حامل، E میدان الکتریکی اعمالی و سد پتانسیل در تماس با الکترود میباشند. بنابراین انتظار میرود با رسم نمودار ln - jFN/E2 - بر حسب E-1 خط راستی بهدست آید و از روی شیب آن سد تزریق محاسبه شود. در شکل 3 نمودار تجربی FN نمونهها آورده شده است.
شکل :3 نمودار FN نمونهها برای دو ساختار - 1 - و - 2 - با دو ضخامت متفاوت
دیده میشود هر چهار منحنی رفتار خطی خوبی در ولتاژهای بالا نشان میدهند و همچنین شیب خطوط برای ضخامتهای متفاوت ساختارها تقریبا یکسان است که بیانگر آن است که تزریق الکترون از طریق تونلزنی انجام میشود
