مقاله ساخت و بررسی یکسوکننده نورگسیل آلی با لایه انتقال دهنده حفره NPB

بخشی از مقاله

چکیده

در این تحقیق یکسوکننده نورگسیل آلی با ساختارITO/NPB/Alq3/LiF/Al ساخته شد. اثر ضخامت لایه انتقال دهنده حفره NPB بر روي مشخصه هاي یکسوکننده نورگسیل آلی بررسی و بهینه سازي شد. لایه NPB با روش لایه نشانی تبخیر حرارتی با ضخامت هاي مختلف در ساختار لایه نشانی شد.منحنی هاي مشخصه چگالی جریان-ولتاژ و الکترولومینسانس بررسی گردید و ضخامت بهینه براي لایه انتقال دهنده حفره با توجه به بیشینه الکترولومینسانس وکمینه ولتاژ آستانه 40 نانومتر براي NPB تحقیق شد.

مقدمه

دیود هاي نورگسیل آلی - OLED - با توجه به مزایاي فراوان از جمله هزینه ساخت پایین ، کاربرد با کمترین مصرف انرژي ، سازگاري با محیط زیست و ... حجم بسیار بالایی از پژوهش ها را به خود اختصاص داده است.[1] در سال هاي گذشته استفاده از مواد نیمه رساناي آلی در ساخت نمایشگرها و لامپ هاي کم مصرف مورد توجه ویژه ي متخصصین حوزه صنایع الکترونیکی ، اپتوالکترونیکی و پلیمري قرار گرفته است. [2] یکی از جذابیت هاي اصلی این فن آوري ، تولید نورگسیلی مناسب در تمامی گستره ي رنگ ها در یک ساختار دیودهاي نورگسیل آلی OLED  است. نمایشگرهاي OLED با قابلیت هاي ویژه اي همچون عدم نیاز به نور پیش زمینه ، قابلیت بالاي ایجاد رنگ ، کاهش عمده در مصرف جریان الکتریکی ، ولتاژ اعمالی پایین ، وزن اندك و سادگی ساخت آن از مهم ترین مزیت هاي آن نسبت به دیودهاي غیر آلی است. [3]

معمولاً یک نیمه رساناي آلی داراي تحرك پذیري الکترون و حفره متفاوت است[4]، بنابراین اکسایتونها در مکانی بسیار نزدیک الکترونها ایجاد میشوند ، در نتیجه احتمال از بین رفتن اکسایتونها بیشتر می گردد. علاوه بر این به دلیل بازده تزریقی متفاوت الکترون و حفره در مواد آلی ، حاملهاي بار از نایکسانی - ازلحاظ تعداد - برخوردارند و در نتیجه یک نوع حامل غالب می شود که این امر به بازدهی و طول عمر پایین OLED و ایجاد یک جریان نشتی زیاد - با کاهش پایداري قطعه - منجر خواهد شد. براي ایجاد OLED هایی  با کارآیی بالا، بایستی از ساختارهاي چند لایهاي استفاده شود.  هر لایه باید از ویژگیهاي خاصی برخوردار باشد تا بتواند کارایی لازم را از خود نشان دهد. ساختار اصلی یک دیود نورگسیل آلی شامل لایه هاي نازك مواد آلی که بین یک جفت الکترود ساندویچ شده اند. یکی یا تعدادي از لایه هاي آلی داراي الکترولومینسانس می باشند که در جواب جریان اعمالی نور تولید می کنند. هنگامی که جفت الکترون – حفره در لایه ي نازك آلی در همان مولکول یکدیگر را ملاقات کنند الکترون و حفره بازترکیب می شوند و تولید نور می کنند. این نوع اکسایتون به اکسایتون فرنکل مرسوم است.

الکترون به پایین ترین تراز مولکولی خالی LUMO در یک مولکول الکترولومینسانس منتقل می شود و حفره در جاي خالی الکترون در بالاترین تراز مولکولی پر HOMO در همان مولکول تولید می شود. معمولا لایه انتقال دهنده حفره سطح انرژي HOMO مناسبی داشته باشد تا سد انرژي تزریق حفره را کاهش داده و ترزیق حفره از آند به لایه انتقال دهنده حفره را آسان ترکند. لایه انتقال دهنده حفره باید داراي تحرك پذیري حفره زیاد و سطوح HOMO و LUMO مناسب باشد، تا جلوي حرکت الکترون از جهت مقابل را نیز بگیرد. کارکرد اصلی لایه انتقال دهنده حفره ، رسانایی براي حفره ها است. باید از وجود دام هاي حفره - موادي با HOMO بالاتر - هم در خود ماده و هم در محل هاي برخورد با لایه هاي دیگر جلوگیري شود. افزون بر آن، لایه انتقال دهنده حفره باید جلوي عبور الکترون ها از لایه گسیلنده نور را بگیرد.

بخش تجربی

مرحله اول سونش ITO می باشد. براي این کار ITO هاي مورد نظر را که داراي مقاومت سطح 15  Ω/ Sq هستند با نوار چسب به گونه اي می پوشانیم که پس از سونش، قسمت باقیمانده ITO موجود بر روي زیر لایه شیشه اي به صورت T باشد. آنگاه آنها را به مدت 15 دقیقه در محلول HCL قرار می دهیم. با توجه به به اینکه ضخامت لایه ها در دیودهاي نو گسیل آلی بسیار کم می باشد، تمیز کردن زیرلایه ها براي جلوگیري از تشکیل نقاط خاموشی و همچنین اتصال آند و کاتد بسیار اهمیت دارد. بنابراین ITO هاي مورد نظر را ابتدا با آب و صابون شسته ، سپس به ترتیب در حلالهاي استون، اتانول، متانول، ایزوپروپیل و در نهایت آب مقطر دو بار یونیزه شده در دستگاه آلتراسونیک به مدت 20 دقیقه شستشو می دهیم. سر انجام زیرلایه ها با گاز نیتروژن خشک می شوند و به مدت 10 دقیقه در معرض نور UV قرار می گیرند. شکل T براي سونش ITO به این خاطر استفاده می شود که از اثر لبه در لبه هاي ساختار، یعنی در محل اتصال لایه ITO و لایه کاتد جلوگیري به عمل آید. با این حال هنوز آن طرف ساختار که محل اتصال ITO و الکترود می باشد، با این مشکل مواجه است. به همین خاطر به فاصله کمی از لبه مورد نظر، ITO را با نوار باریکی از لاك می پوشانیم تا مانع از اتصال کاتد و ITO در این قسمت شویم. البته دقت لازم باید اعمال شود تا لاك به بخش هاي دیگر ITO نفوذ نکند.

اکنون زیرلایه ها براي لایه نشانی آماده شده اند. زیرلایه ها که ماسک گذاري شده اند به همراه بوته هاي حاوي مواد مورد نیاز براي لایه نشانی، در داخل محفظه خلا قرار داده می شوند. باید در نظر داشت که ماسک به گونه اي بر روي زیرلایه ها گذاشته شود که لبه آن در وسط باریکه لاك قرار گیرد تا مانع از تماس لایه کاتد و ITO شود. فاصله زیرلایه ها از بوته ها در حدود 15 سانتی متر انتخاب می شوند. محفظه خلا توسط دو پمپ توربو و روتاري تا فشار 10-6  میلی بار میرسد. اولین لایه NPB با ضخامت هاي مختلف می باشد.  این لایه به عنوان انتقال دهنده حفره به کار می رود. لایه بعدي ماده Alq3 با ضخامت 60 نانومتر لایه نشانی می شود. این ماده به عنوان گسیلنده خوب در ناحیه سبز طیف مریی و همچنین لایه انتقال دهنده الکترون به کار می رود. براي جلوگیري از فعل و انفعالات شیمیایی بین لایه کاتد و ماده آلی مجاور و همچنین کاهش سد پتانسیل در فرآیند تزریق الکترون ها از کاتد به ناحیه فعال، در لایه بعدي از ماده LiF با ضخامت 1 نانومتر استفاده می شود. سرانجام ماده آلومینیوم به عنوان لایه کاتد با ضخامت 100 نانومتر لایه نشانی میگردد. به جز آلومینیوم که با سرعت بالا لایه نشانی می شود، سرعت لایه نشانی بقیه مواد به طور متوسط بین 0/2 تا 0/5 آنگستروم بر ثانیه است.

نتایج و بحث

پس از انجام مراحل لایه نشانی و ساخته شدن دیود نورگسیل آلی، بررسی رفتار الکتریکی و مشخصات اپتیکی مانند شدت نور، رنگ تولید شده و همچنین ولتاژ آستانه دیود ساخته شده از اهمیت ویژه اي برخوردار است. براي این منظور پارامترهایی مانند مشخصه چگالی

.1مشخصه چگالی جریان-ولتاژ

براي بررسی عملکرد دیود نورگسیل آلی پس از ساخت، قطعه با اعمال ولتاژ مستقیم، مورد آزمایش قرار می گیرد. ولتاژ اعمال شده به قطعه از مقدار صفر به صورت پله اي افزایش داده می شود. تغییر وضعیت این منحنی در اندازه گیري هاي متوالی، نشان دهنده پایداري یا عدم پایداري قطعه ساخته شده است. با توجه به شکل 1 با افزایش ضخامت NPB سبب کاهش عملکرد دیودي ساختار و کاهش جریان می شود که نتیجه معکوس با ضخامت را داراست.

.2نورسنجی

بررسی میزان شدت نور تولید شده در دیود نورگسیل آلی در طراحی و مشخصه یابی این قطعات بسیار حائز اهمیت است. از این رو شدت نور گسیلی از نمونه هاي ساخته شده به وسیله دستگاه لوکس متر اندازه گیري شد و منحنی هاي شدت نورگسیلی بر حسب ولتاژ و چگالی این مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه www.psi.ir/?physics96 معتبر است.