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1、第27卷第5期半导体学报Vol.27No.52006年5月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMay,20063有机磷光电致发光器件中的复合宽度和外量子效率11,2,•1111代国章李宏建戴小玉潘艳芝谢强彭景翠(1湖南大学应用物理系,长沙410082)(2中南大学物理科学与技术学院,长沙410083)摘要:从经验公式出发,基于T2T湮灭过程,建立了有机磷光电致发光器件中复合宽度和外量子效率的理论模型.结果表明:(1)随外加电压升高,器件的复合宽度减小,外量子效率增加;(2)随器件厚度的增加,复合宽度相应增加,但外量
2、子效率在不同的电压下呈现不同的变化趋势;(3)外量子效率随复合电流密度的增大而显著降低.讨论了外加电压和器件厚度对复合宽度的影响,分析了外量子效率随外加电压、器件厚度及复合电流密度变化的原因.关键词:电致磷光;三重态;复合区域;外量子效率PACC:7860F;3250F中图分类号:TN87313文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0520905205增大,就易于发生三重态-三重态(T2T)湮灭,进而1引言减小三重态激子的浓度,降低了EPH器件的量子产率.器件中电场的变化会改变激子复合的区域,亦有机薄膜电致发光器件(OLE
3、Ds)因其在低驱会影响器件的量子产率.动电压下能获得在可见光范围内的所有发光颜色,本文从经验公式出发,结合T2T湮灭过程建立易制成大面积超薄的平板显示器而引起人们广泛的了有机EPH器件的复合区域和外量子效率的理论[1～5]研究兴趣.有机电致发光器件要能达到应用并模型,讨论了器件外量子效率和复合区域随外加电实现产业化,其中一个关键的因素就是要提高发光压、器件厚度及复合电流密度的变化关系.效率.高效率的有机电致磷光(EPH)掺杂器件在发光中同时利用单重态和三重态突破了电致荧光器件2理论模型量子效率的瓶颈,使其内量子效率在理论上可达到100%而
4、成为当今世界上研究电致发光器件的又一从阴极注入的电子和从阳极注入的空穴在发光[6～8][11]热点.现阶段对EPH器件的研究主要集中在开层中复合形成激子,即电子2空穴对(CP),如图1发效率高、物理性能稳定的磷光基质、掺杂剂和载流所示.子阻挡材料以及改进器件结构等方面.但理论研究与实验方面的迅速进展相比,对有机EPH发光的各过程(包括能量传递、激子的湮灭等)的基本理解[9,10]仍然是不够的.特别是在理论上对器件的复合区域与外量子效率的研究尚未见到系统的报道.磷光电致发光器件的发光也属于注入式的复合发光,其磷光发射来源于分子激发三重态(T
5、1)到单重基态(S0)的辐射跃迁.由于自旋禁阻作用,通常情况下,三重态的磷光发射非常弱.通过加入重金属原图1单态和三重态激子的产生、湮灭和转换子的配合物磷光染料后,由于重金属原子的引入增Fig.1Formation,quenchingandtransitionofsin2大了旋轨耦合,缩短了磷光寿命,使原有的三重态增gletexcitonsandtripletexcitons加了某些单重态的性质,增大了系间穿越能力,导致禁阻的三重态激发态向基态的跃迁变为局部允许,根据自旋统计理论,单态激子和三态激子形成使磷光可以顺利发射.但随着器件复合电
6、流密度的的概率约为1∶3.当磷光染料掺杂引入重金属原子3湖南省杰出青年科学基金(批准号:03JJY1008)和中国博士后科学基金(批准号:2004035083)资助项目•通信作者.Email:lihj@china.com.cn2005208214收到,2005210224定稿Z2006中国电子学会906半导体学报第27卷SS-1后,发光层中三重态激子的浓度增加,产生T2T湮kn]×[1-ηex]S=0(3)灭,使其浓度降低而影响器件的量子产率.其反应方dTj=α2(1-η)+kISCS-程为:dtewTTT-1γS[kr+kn]×[1-η
7、ex]T-TTST2[2γTT+γTT]T=0(4)T+TT⋯TS+S0(1)这里j是器件复合电流密度;w为复合宽度;e是-1S基本电荷;k(s)表示单态和三态激子的辐射[kr,γTTSTTTkr]和非辐射[kn,kn]衰减速率常数;kISC为单态激子到三态激子的系间窜越速率常数.这里要指出的是T+TT⋯TT+S0(2)(3)和(4)式还包含了在电场下解离对激子浓度的影ST响η.解离效率通过单分子解离速率常数kd可以简其中γTT和γTT分别为单态和三态激子的湮灭速率单定义为ηd=kd/(kr+kn+kISC+kd).如果三重常数.其辐射衰
8、减过程分别产生荧光(1)和磷光(2).2态激子浓度较高,其激子寿命由T项决定,那么三对于给定的器件,距离透明或半透明电极为x的位态激子浓度为:置,单重态激子(S)和三重态激子(T)的浓度可以由
