有机半导体NPB空穴迁移率的快速确定(2)

而在阳极一端，适当厚度ＭｏＯ。缓冲层插入，无论文献报导还是本实验室研究结果均表明ＩＴ０与ＮＰＢ之间ＭｏＯ。的插人可实现几乎欧姆接触的效果，即空穴注人ＮＰＢ所需跨越的势垒接近零．由于空穴和电子注入势垒的巨大差异，可以预期在电场作用下器件中几乎只有空穴传输，而没有电子传输，至少空穴占绝对多数，即该器件为只有空穴传输的单载流子器件．这一推断的确得到了实验的证实，那就是器件在偏置电压下有电流通过，却几乎观察不到来自

２４

ｇ（芒＋丢ｇ）＝兰

㈣

获得函数ｇ—ｇ（Ｅ）的数值结果后，迁移率可以计算如下：

产』Ｅ警产２一面

１实验

氧化锡铟（ｉｎｄｉｕｍ

ｔｉｎ

（２）ｏｚＪ

Ｎｌ’Ｂ

ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）导电玻璃（表

５４

面电阻约为１０Ｑ／口）按照文献［８］的方法进行清洗和烘干处理后，放入真空室内，在真空度为３Ｘ１０－４Ｐａ的条件下相继蒸镀阳极缓冲层ＭｏＯ。（ｏ．５

ｎｍ）、

ＴＯ／ＭｏＯ，

图２器件的能级结构

Ｆｉｇ．２

Ｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌｏｆｄｅｖｉｃｅ

万方数据

第４期吴有智等：有机半导体ＮＰＢ空穴迁移率的快速确定

ＮＰＢ的发光，说明偏压下器件中只有一种载流子传输，那就是空穴．如果认为０．５ｎｍ厚ＭｏＯ。缓冲层确实在ＩＴＯ／ＮＰＢ之间形成了欧姆或准欧姆接触，器件中又只有空穴一种载流子传输，便能满足应用方程（１，２）来确定空穴迁移率的前提条件［８］．

图３为器件户Ｖ特性曲线及变换所得的ｇ－Ｅ关系曲线．，ｙ特性曲线由２４００数字源表测量，ｇ－Ｅ关系曲线由方程（１）确定．由图３可以看出，随着电压的增加电流呈非线性增加，这反映了空穴进入ＮＰＢ后向阴极迁移输运过程中受到电场力牵引、空间电荷限制和ＮＰＢ分子本身散射阻挡作用相互竞争的内在机制．另外，需要说明的是，ｇ－Ｅ关系曲线的形状虽然非常类似于．厂一Ｖ曲线的形状，但是前者不同于后者，ｇ—ｇ（Ｅ）是Ｊ一－，（ｙ）的一种特殊演绎变形［８］．构造并得到这一函数的目的就是为了根据方程（２）直接计算ＮＰＢ中的载流子迁移率．

出的ＮＰＢ载流子迁移率随电场（按照文献中的习惯以电场的平方根表示）变化而变化的关系曲线．可以看出，电场强度在６００～１

０００

Ｖｌ／２ｃｍ－１胆时，迁移率

相应位于１．１×１０一＂－－３．５×１０叫ｃｍ２Ｖ－１Ｓ～，而且迁移率随电场变化而变化的规律符合ＰＦ关系式∥

一－－Ｐ。ｅｘｐ（∥肛）．与Ｃｈｕ等报导的关于同样厚度

ＮＰＢ迁移率结果［６］（以Ｃ印做缓冲层的结果：电场强度在５００～７００

Ｖｌｎｃｍ－１胆时相应迁移率为１×１０叫

＂－３Ｘ１０＿４ｃｍ２Ｖ．１

Ｓ～；无缓冲层的结果：电场强度

在４５０～７８０Ｖ１／２ｃｍ－１／２时迁移率为１×１０＿６～４×１０＿５ｃｍ２Ｖ＿１Ｓ＿１）相比，比较接近以Ｃ６０为缓冲层的结果，而明显高于无缓冲层的结果．实际上，应用ＳＣＩ￡来模拟或计算迁移率时理论上要求器件中注人载流子的电极与有机层之间是欧姆接触或至少为准欧姆接触．大量实验表明无缓冲层的器件中在ＩＴＯ和ＮＰＢ之间不能形成欧姆接触，这导致文献Ｅ６３中无缓冲层的结果失去其合理性．若认为以Ｃ∞为缓冲层在ＩＴＯ和ＮＰＢ之间形成了欧姆或准欧姆

ｆ

吞

●

接触，并认为文献１－６３中的做法具有一定合理性的话，本文结果与此相近的事实表明本文的简单方法应用于ＮＰＢ来直接计算迁移率是成功有效的．由于本文理论方法仍然要求注入载流子的电极与有机层之间是欧姆接触，所得迁移率结果的合理性也说明Ｍ００３缓冲层在ＩＴＯ和ＮＰＢ之间形成了良好的欧姆接触．这也与本文的预期和文献ＥｌｌＪ关于ＩＴ０／Ｍ００３／ＮＰＢ界面为欧姆接触的结论相符．

鼍

≮型锑堰砻

－一

－．－．－●一

Ｅ／（ｘｌ妒Ｖ?ｃｍ。１

（ｂ）９２９（Ｄ

）

２００

４００

６００

８００

ｌ０００

ｌ２００

厶／ｔＶ‘ｎ１一’

图３电流密度一电压曲线及ｇ－Ｊｇ关系曲线

Ｆｉｇ．３

Ｃｕｒｒｅｎｔ

Ｃ１］ｌｌ广ｖｅ

ｄｅｎｓｉｔｙ碍砌ｔａ寥ａ眦ａｎｄｇ

ｔｏＥｒｅｌａｔｉｏｎ

图４

ＮＰＢ载流子迁移率随电场（以电场平方根表示）变化而变化的关系

№４

Ｙａｒｉａｔｋｍ０ｆｍｏｂ姐ｉｔｙ０ｆＮＰＢｃａｒｒｉｅｒｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｉ－ｃａｌ

从图３ａ看出，ＮＰＢ单载流子器件中电流可达

２５００

Ｍｄ（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ鹪ｓｑｕａｒｅ

ｒｏｏｔ０ｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ

ｍＡ／ｃｍ２，这一电流超过了通常含有ＮＰＢ做

０００

ｆ＇ｍｌｄ）

空穴传输层的发光器件中最高电流典型数值（一般小于１

ｍＡ／ｃｍ２）的一倍以上，说明含有ＮＰＢ做

空穴传输层的发光器件中ＮＰＢ不是影响器件稳定性的主要因素．

图４为ｇ－Ｅ关系曲线根据方程（２）所直接计算

在６００ＶＶ２ｃｍ－１门以下的低电场区，迁移率明显地偏离并低于ＰＦ关系式卢一阳ｅｘｐ（ＴＥＶ２）预期的结果．这可以归结为低电场下空穴载流子的扩散行为所致．这一在低电场下载流子迁移率由于扩散行为而导致的迁移率低于预期的事实在文献Ｅ６］的

万方数据

－１００?

兰州理工大学学报

第４０卷

方法中是不能得到体现的．在１

０００

Ｖｌ／Ｚｃｍ－１馏以上

的高电场区，迁移率明显地偏离并高于ＰＦ关系式预期的结果．这可解释为：在高电场区，迁移率也较高，自然产生大电流从而使空穴传输层产生较多焦耳热，进而导致温度的上升，最终导致迁移率高于正常温度下的数值，因为载流子迁移率强烈依赖于温度和电场．当进一步增加外加电压，器件被烧毁，这一事实证实温度的确升高了．这一行为与关于Ａｌｑ单载流子器件的研究中出现的现象［８］完全类似，表明有机半导体中载流子输运过程中的扩散行为及输运随温度升高而加快的普遍特征．

３结论

本文所采用由最简单的Ｊ－Ｖ关系演绎变换而得的函数ｇ－Ｅ关系来计算载流子迁移率，方法简单可靠，涉及电场强度范围广，并且不需要其他昂贵的设备以及复杂的时间参量测定．电场强度在６００一－－

１０００

Ｖ１／Ｚｃｍ－１尼时，计算所得ＮＰＢ空穴迁移率相

应位于１．１×１０－５～３．５×１０叫ｃｍ２Ｖ－１Ｓ～．所得迁

移率结果与文献报导用其他方法所得结果相近，同时证明ＭｏＯ。缓冲层在ＩＴＯ和ＮＰＢ之间可以形成良好的欧姆接触．

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