改性增强聚丙烯市场研究报告

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1、吉林大学博士学位论文第四章利用控制载流子自旋状态来改善有机电致发光器件的效率的初步研究§4.1引言有机电致发光器件按照所使用的材料来分可以分为有机电致荧光器件（使用荧光材料作为发光材料的器件）和有机电致磷光器件（使用磷光材料作为发光材料的器件）两大类。在理想情况下，有机电致荧光器件的内量子效率最高只能达到25%。因为分别从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子在发光区相遇时形成单线态激子（总的自旋量子数S=0）的数目与形成三线态激子（总的自旋量子数S=1）的数目之比为1：3[1]，单线态激子通过辐射复合发射荧光，三线

2、态激子在通常情况下，由于自旋对称守恒向基态的跃迁是禁止的，通过碰撞以及别的形式回到基态，这部分占总数75%的能量就浪费掉了。有机电致磷光器件由于在有机分子中引入了重原子（通常是重金属原子），增强了自旋-轨道偶合效应，使三线态激子向基态的跃迁由禁止变为可能，这样在理论上单线态和三线态激子都可以以辐射复合的形式回到基态，从而使器件的内量子效率提高到接近100%。然而有机电致磷光器件也存在一些问题需要克服。（1）室温条件下的发磷光的有机材料很少，（2）由于磷光的寿命一般都很长（10-6s量级），荧光的寿命一般都很短（

3、10-9s量级），这样当磷光材料掺入荧光材料母体时，如果掺入的浓度低，则会导致在注入的电流很小的时候，磷光发射点就已经饱和（saturationofemissionsites）（参看§3.3.5），器件效率很低；如果掺入的浓度过大，则由于三线态激子之间的相互作用导致浓度淬灭。即使掺入的磷光材料的浓度经过优化，在注入的电流增大时，由于磷光发射位置的饱和，也会导致器件的效率随着注入电流的增大而下降。寻找寿命短的磷光材料是解决上面问题的一种方法，已经有了很大的进展[2]。母体和客体都使用磷光材料来制作器件的方法也有人

4、报道，器件的性能不是很好，还有待于进一步研究[3]81吉林大学博士学位论文。与此同时，几乎与有机电致发光器件的研究同时起步的称之为自旋电子学（Spintronic）的研究在最近两三年也取得了突破性的进展。众所周知电子和空穴除了具有电荷的性质外，还具有自旋的性质。人们已经证明自旋极化的载流子（比如上自旋的电子-自旋量子数为+1/2）能够从铁磁金属或磁性半导体注入到非磁性材料中并能够保持其自旋方向不变在非磁性材料中传输，基于此，我们提出通过选择合适的磁性材料来控制注入到有机电致发光器件中的载流子的自旋方向，使在发光

5、区只形成单线态激子，从而使有机电致荧光器件的内量子效率在理论上也能够突破25%的限制。举例来说，如果我们能控制从阳极注入的空穴都是下自旋（自旋量子数为-1/2）从阴极注入的电子都是上自旋（自旋量子数为+1/2），这样当他们在发光区相遇时，就只形成单线态激子而不形成三线态激子了。§4.2自旋电子学的研究进展半导体与磁性物质是凝聚态物理中最重要的两个研究领域，自从1989年Munekate[4]等人将磁性原子Mn掺入InAs中成功制备出稀磁半导体（dilutedmagneticsemiconductor）材料In1

6、-xMnxAs(x<=0.18)之后，不断地有新的稀磁半导体材料被合成出来，人们利用稀磁半导体材料以及铁磁金属（Fe,Co,Ni）及其合金材料来研究载流子的注入及传输特性，不断地有新的现象被发现，一个跨越半导体和磁性物质的新的研究领域渐渐形成，这个新的领域被称为自旋电子学（spintronicorspin-electronic）[5-7]。在自旋电子学中，电子或空穴的传导将依其自旋（或磁）特性而有所不同，即所谓的自旋依赖传导（spin-dependenttransport）。自旋电子器件中的注入及传输机理不再是

7、或不仅是一般半导体器件中借偏压来控制，而是增加了电子自旋的控制参数，从这些基本概念衍生出来的基础研究和应用正方兴未艾。1）自旋电子学相关的材料研究1.1)磁性半导体：磁性半导体材料有着半导体的电子能带结构，而且晶格常数也与一般的半导体类似，因此在制作自旋电子器件时，能够和一般半导体形成良好的界面，产生的晶格缺陷比较少，如果形成的缺陷过多，电子自旋通过时就会丧失它的自旋记忆，而在传输过程中保持自旋记忆正是自旋电子器件成功的重要条件之一。目前磁性半导体的最大挑战是如何提高其居里温度。Ohno等人[8-9]报道了利用

8、低温MBE的技术在GaAs中掺入超出固溶度限制的Mn，使Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体磁(Ga,Mn)As的实现成为可能。测试显示出(Ga,Mn)As在低温下是铁磁性的。对Mn含量为5%的稀磁半导体的居里温度高达110K。既然能够在GaAs衬底上生长出(Ga,Mn)As，也就能在基于GaAs的异质结如共振遂穿二极管中引入磁性，从中观察到与自旋现象有关的电流-电压特性。其它的在非磁性半导体衬底上生长