量子阱结构对有机电致发光器件效率的影响

2 相同电流密度 50 mA / cm 的情况下， 器件 B 的亮度 2 最大， 其最大亮度 值 为 371 cd / m ， 这主要是因为一
（ c ） 器件 C
图2
Alq 3 和 BCP 所用有机材料分子的化学结构 TPD ，
定周期数 的 量 子 阱 结 构 能 够 有 效 地 将 电 子 和 空 穴 限制在发光层中， 从而增加了发光层中激子的形成 概率， 因而提高了发 光 层 中 参 与 复 合 发 光 的 激 子 的 数量， 使发 光 的 亮 度 得 到 提 高 . 然 而 具 有 三 个 周 期 的量子阱结构器件 C 与传统的一个周期结构器件 A 相比亮度反而下降 了 . 这 说 明 阱 结 构 的 周 期 数 并 不 是越大越好， 在我们 的 实 验 中 两 个 周 期 的 阱 结 构 器 件亮度最大， 当 阱 结 构 周 期 数 超 过 两 个 时， 器件对 载流子的 限 制 效 应 过 大， 反 而 会 降 低 器 件 的 亮 度. 并且随着周期数的增 多， 空 穴 由 靠 近 ITO 的 第 一 个
第 59 卷 第 11 期 2010 年 11 月 10003290 /2010 /59 （ 11 ） /8093-05
物
理
学
报
ACTA PHYSICA SINICA
Vol. 59 ， No. 11 ， November ， 2010 2010 Chin. Phys. Soc.
量子阱结构对有机电致发光器件效率的影响
实验中所用衬底为 60 Ω / 口的导电玻璃 ITO ， 在 再 依 次 经 过 酒 精、 丙酮 使用之前先 用 洗 涤 液 清 洗， 及去离子水超生清洗， 每次各 10 min. 然后用氮气将 衬底吹干 . 实验中所用材料的分子结构如图 2 所示 . 电致发光器件是利 用 热 蒸 发 的 方 法 制 备 的， 蒸镀有 机物的 腔 体 真 空 度 保 持 在 5 × 10
－5
Pa. 有 机 物 的 蒸
发速率 保 持 在 0. 04 —0. 09 nm / s. Al 电 极 的 蒸 镀 是 在无机蒸镀腔中完 成 的， 蒸镀过程中无机腔的真空 度保 持 在 8 × 10
－4
Pa ， Al 电 极 的 蒸 发 速 率 保 持 在
11 期
朱海娜等： 量子阱结构对有机电致发光器件效率的影响
. Qiu 等 人 介 绍 了 利 用 有 机
多量子阱 结 构 作 为 有 机 电 致 发 光 器 件 的 空 穴 传 输 层， 这种类 似 于 Ⅰ 型 量 子 阱 结 构 的 空 穴 传 输 层 提 高了有机电 致 发 光 器 件 的 效 率
［14 ， 15 ］
. Yan 等 人 ［16 ］
制备了类 似 量 子 阱 结 构 的 器 件， 提高了器件中电 从而提高了器件的效率， 制 子和空穴复合的概率， 备的器 件 具 有 较 低 的 电 流 密 度 和 较 高 的 发 光 效 0. 32 ） 得 到 了 色 坐 标 为 （ 0. 32 ， 率. 通过 调 节 发 光， 的白光器件. 本文 讨 论 了 由 tris-（ 8-hydroxyquinoline ） alumi-
朱海娜 徐 征

*
赵谡玲 张福俊 孔 超 闫 光 龚 伟
100044 ）
（ 北京交通大学光电子技术研究所， 发光与光信息技术教育部重点实验室， 北京 （ 2010 年 1 月 2 日收到；2010 年 2 月 25 日收到修改稿）
实验中共制备了五种有机量子阱结构电致发光器件， 分别对这五种量子阱结构器 件 的 电 致 发 光 特 性 进 行 了 研 分析了量子阱结构的周期数和势垒层的厚度对器件 电 学 性 能 的 影 响 . 实 验 结 果 表 明 适 当 周 期 数 的 量 子 阱 结 构 究， 主要原因是量子阱结构对电子和空穴的限制作用， 这种限 器件的亮度和电流效率比传统的三层结构器件的要大， 制作用提高了电子和空穴在发光层中形成激子和复合 的 概 率， 从 而 提 高 了 发 光 的 亮 度 和 效 率. 当 改 变 阱 结 构 器 件 中势阱层的厚度时， 也会对器件的亮度和效率产生影响， 采用适当的势阱层厚度能够提高器件的亮度和效率 .
穴阻挡层 的 厚 度 变 薄 时 量 子 阱 结 构 对 载 流 子 的 限 制作用会变 弱， 所 以 在 相 同 电 压 下， 器件中的电流 密度会随着势垒层的厚度降低而增大 . 从图 3 （ b ） 和 图 4 中 可 以 看 出，器 件 D 具 有 相 同 电 流 密 度
2. 实验内容
实验过程中共制备了下面五种有机量子阱结构 电致发 光 器 件： A ： ITO / TPD （ 50 nm ） / Alq 3 （ 30 nm ） / BCP（15 nm） / Al ；B：ITO / TPD（50 nm） /［ Alq3 （15 nm） / BCP （ 7. 5 nm ） ］ Alq 3 （ 10 2 / Al ； C ： ITO / TPD （ 50 nm ） /［ Alq 3 nm ） / BCP （ 5 nm ） ］ 3 / Al ； D ： ITO / TPD （ 50 nm ） /［ （ 15nm ） / BCP （ 5 nm ） ］ 2 / Al ； E ： ITO / TPD （ 50 nm ） / ［ Alq 3 （ 15nm ） / BCP （ 3 nm ） ］ 2 / Al. 比 较 了 这 五 种 量 子 阱结构电致发光器 件 的 发 光 特 性， 分析了器件结构 亮度和电流效率的影响 . 对器件电流密度，
量子 阱 结 构 首 先 在 无 机 器 件 中 得 以 广 泛 研 究
［ 1， 2］
. 基于无 机 量 子 阱 的 研 究 得 到 了 量 子 限 制 效
应等一系列特殊的 性 质 . 量 子 阱 结 构 的 研 究 对 于 提 高半导体光电器件 的 性 能 起 到 了 很 大 的 作 用 . 有 机 So 和 Forrest 量子阱结 构 器 件 的 研 究 始 于 1989 年， 等人
* 国家自然科学基金（ 批准号：60978060 ， 10774013 ， 10804006 ， 10974013 ） ， 教 育 部 博 士 点 基 金 （ 批 准 号：20070004024 ） ， 博士点新教师基金 （ 批准号：20070004031 ） ， 国家重点基础研究发展计划（ 批准号：2010 CB327704 ） ，北京市 自 然 科 学 基 金 （ 批 准 号：1102028 ） ，北 京 市 科 技 新星计划（ 批准号：2007 A024 ） 资助的课题 . 通讯联系人 . E-mail ： zhengxu@ bjtu. edu. cn
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厚度， 也能够提高器件的亮度和效率 .
1 nm / s ， 当器件从有 机 蒸 发 腔 中 被 传 送 到 无 机 腔 过 程中真空环境不被 破 坏 . 采 用 石 英 晶 体 振 荡 测 厚 仪 来监测材料 的 厚 度 和 蒸 发 速 率 . Keithley 2400 作 为 直流电 源 . 实 验 结 果 的 测 试 是 在 室 温 情 况 下 测 量 的 . 所有的电致发光光谱均由 CCD 测得 .
［ 3， 4］
首次报道了 利 用 PTCDA 和 NTCDA 制 备 的
并在这种量子阱结构器件中 有机量子阱结构器 件， 得到了类似于无机 量 子 阱 的 激 子 限 制 效 应 . 研 究 结 果表明利 用 有 机 多 层 量 子 阱 结 构 可 以 提 高 有 机 电 致发光器件 的 性 能
［ 5 — 13 ］
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周期的阱 层 传 输 到 第 二 个 周 期 的 阱 层 的 概 率 也 就 这 样 有 效 发 光 层 的 厚 度 就 变 小 了， 所以当 会越小， 周期数大于 2 时， 器件的亮度反而会下降 . 而且当器 件的周期数增多时， 器件内部的界面数也会随着增 过多 的 界 面 会 造 成 器 件 内 部 的 无 辐 射 复 合 增 多， 强， 这可能也是器件 周 期 数 增 多 器 件 的 亮 度 反 而 会 下降的原因 .
图1
（ a ） 所制备的器件的能级结构器件 A ， （ b ） 器件 B ， D 和 E；
因此在相同电压下， 三个器件的电流密度大小随周 期数的增加 而 变 小 . 在 相 同 的 电 流 密 度 下， 这三种 器件的亮度也存在着一定的变化规律 . 图 3 （ b ） 给出 了这三种器件的亮度 -电流密度特性曲线 . 三种器件 的电致发光亮度都 随 着 电 流 密 度 的 增 大 而 增 强 . 在
3Hale Waihona Puke 结果与讨论利用 Alq 3 和 BCP 两 种 材 料 交 替 生 长 制 备 成 不 同周期数 的 量 子 阱 结 构 来 作 为 器 件 的 发 光 层 和 空 穴阻挡层， 为了研究 量 子 阱 结 构 的 周 期 数 对 这 种 有 机电致发 光 器 件 的 电 流， 亮 度 和 电 流 效 率 的 影 响， B 和 C， 制备了器件 A ， 其中器件 A 为传统的三层结 为一个周期的量子阱结构器件， 器件 B 和 C 构器件， 利用多层的发光层（ Alq 3 ） 和空穴阻挡层（ BCP ） 分别 制备成两个和三个 周 期 的 量 子 阱 结 构 器 件 . 三 种 器 件的电流密 度 -电 压 特 性 曲 线 如 图 3 （ a ） 所 示， 从该 三种器件中 曲线中看出在驱动 电 压 相 同 的 情 况 下， 的电流密度大小随 阱 结 构 周 期 数 的 增 加 而 变 小 . 这 主要是因 为 量 子 阱 结 构 对 器 件 内 部 的 电 子 和 空 穴 具有限制作用， 从图 1 器件的能级结构中可以看出， Alq 3 和 BCP 两种材料构成 了 I 型 量 子 阱 结 构， 这种 所以能 结构由于势阱层与 势 垒 层 之 间 存 在 能 极 差， 够将电子和空穴限制在阱 层 （ 发 光 层 ） 中， 从而降低 了在器件内部传输 的 电 子 和 空 穴 的 数 量， 并且这种 限制作用会随着量 子 阱 结 构 周 期 数 的 增 加 而 增 强，