掺杂型异质结有机电致发光二极管及其稳定性
新6,有机半导体的异质结问题
费米能级
金属电极(M)
有机半导体(O)
金属电极(M) 有机半导体(O)
（a）未考虑有偶极存在的情况 左图 (a)为偶极势垒 Δ＝0 时的金属与有机 半导体间的能级关系图。 在有机材料的一侧可 以看到：有机材料的最 高占有能级（HOMO） 与最低未占有能级 （LUMO）， 以及HOMO与真空 能级间的离子化电位 IE， 和真空能级与LUMO之 间的电子亲合能（EA） 等。
不同材料界面的能级概念
在讨论有关有机半导体材料的一些基本性质与行为时， 已对其中一些能级关系、包括如HOMO ,LUMO 以及离 子化电位与电子亲和能等做了介绍。
可以在此基础上，对不同材料及其界面的能级概念， 作进一步的讨论。下面列出的是金属电极与有机材料 间界面的能级关系图。
材料的能级概念与三种不同的能级关系
在金属电极的一侧，情况比较简单。列出的仅金属的费米 能级EF 。以及相当于有机材料离子化电位的 金属功函数фM。
具有相同真空能级的异质结构
由于在左图中列出的为：无偶极存在的体系。 因此可清楚地看到：电子从金属电极注入到有机体时 的势垒为фBe 。而电子从有机层的HOMO能级注入到金 属电极时的势垒则为фBh 。 由于电子是从有机层的HOMO能级注入金属，因此也 可写作EF, HOMO（即将HOMO看作相当于有机材料的费 米能级）。 在上图的右图中，请注意：是具有不同真空能级的异 质结构。
酞菁铜与十六氟酞菁铜相互结合时的能级关系
真空能级 真空能级
5.16
偶极生成而 引起的偏移
3.12
1.7 CuPc 1.5 F16CuPc
基态下的电荷 转移方向
异质结发展现状及原理
异质结发展现状及原理异质结发展现状及原理pn结是组成集成电路的主要细胞。
50年代pn结晶体管的发明和其后的发展奠定了这⼀划时代的技术⾰命的基础。
pn结是在⼀块半导体单晶中⽤掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。
⼀般pn结的两边是⽤同⼀种材料做成的(例如锗、硅及砷化镓等)，所以称之为“同质结”。
如果把两种不同的半导体材料做成⼀块单晶，就称之为“异质结“。
结两边的导电类型由掺杂来控制，掺杂类型相同的为“同型异质结”。
掺杂类型不同的称为“异型异质结”。
另外,异质结⼜可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前⼈们研究较多的是突变型异质结。
1 异质结器件的发展过程pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电⼦技术和信息⾰命的基础。
1947年12⽉,肖克莱、巴丁和布拉顿三⼈发明点接触晶体管。
1956年三⼈因为发明晶体管对科学所做的杰出贡献,共同获得了科学技术界的最⾼荣誉——诺贝尔物理学奖。
1949年肖克莱提出pn结理论,以此研究pn结的物理性质和晶体管的放⼤作⽤,这就是著名的晶体管放⼤效应。
由于技术条件的限制,当时未能制成pn结型晶体管,直到1950年才试制出第⼀个pn结型晶体管。
这种晶体管成功地克服了点接触型晶体管不稳定、噪声⼤、信号放⼤倍数⼩的缺点。
1957年,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结,⽐同质结具有更⾼的注⼊效率。
1962年,Anderson提出了异质结的理论模型,他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构,晶格常数和热膨胀系数,基本说明了电流输运过程。
1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了双异质结激光器。
1968年美国的贝尔实验室和RCA公司以及苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs—AlxGal—。
As双异质结激光器l；⼈5)．他们选择了晶格失配很⼩的多元合⾦区溶体做异质结对．在70年代⾥，异质结的⽣长⼯艺技术取得了⼗分巨⼤的进展．液相⼣随(LPE)、⽓相外延(VPE)、⾦属有机化学⽓相沉积(MO —CVD)和分⼦束外延(MBE)等先进的材料⽣长⽅法相继出现，因⽽使异质结的⽣长⽇趋完善。
2020年度高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖
2020年度高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖公示项目名称：有机半导体异质结及其在有机发光二极管中的应用提名单位：华南理工大学项目简介：新型显示和半导体照明技术是国家战略性新兴产业，也是国家大力发展的核心基础产业，有机发光二极管(OLEDs)由于具有自发光、无蓝光伤害、轻薄、易大面积和柔性可弯曲等优点，被认为是新一代显示和照明技术，显示了巨大的应用市场，并得到了快速发展。
然而，OLEDs目前仍然面临着效率和寿命需要进一步提高，成本有待降低的共性问题，并且我国材料、器件等核心技术上缺乏自主知识产权，受制于人，大大限制了我国OLEDs 产业的发展。
该项目面向我国新一代显示和照明技术的重大战略需求，发展了一种新型OLEDs 器件结构，首次构造出了积累型有机半导体异质结，提出了用有机半导体异质结作为电荷注入和产生层的新概念，不但实现了OLEDs 电荷注入原理的突破，也显著提高了器件的效率和稳定性。
该项目在器件结构及其原理上具有原创性，打破国外垄断，填补了国内空白，也丰富了半导体异质结理论，具有重要的科学和应用价值。
1. 首次揭示了积累型有机半导体异质结电荷产生的遂穿机制。
通过有效选择p型有机半导体和n型有机半导体，构造出了积累型有机半导体异质结。
研究发现，积累型有机半导体异质结的形成是电子从p型半导体到n型有机半导体的遂穿过程，使p型一侧积累空穴，n型一侧积累电子，形成了一个内建电场与外电场方向相同的空间电荷区，其空间电荷区的电荷是自由移动的，并具有高导电性，丰富了半导体异质结理论，实现了半导体异质结类型的突破。
2. 发展了有机半导体异质结电荷注入层的新结构。
利用积累型有机半导体异质结的高效电荷产生和传输特性，发展出了具有有效电子和空穴注入的有机半导体异质结电荷注入层，并成功用于OLEDs 构筑上。
研究发现，用积累型有机半导体异质结作为电荷注入层，不但实现了与金属电极功函数无关的高效电荷注入，提高了效率，也解决了由于电极界面不稳定造成的器件退化问题，打破了传统OLEDs电荷注入机制，实现了注入原理的突破。
有机电致发光器件的制备及性能分析
子传输能力【４】。因此，我们考虑把ＥＨＣｚ用作空穴传输材料 和基质材料，并掺杂ｒｕｂｒｅｎｅ制备发光层，还分别采用ｐｏｌｙ
（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｏ ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ）
电压低、制备工艺简单、成本低、超薄以及可全色显示等特点， 已经成为光电子器件和平板显示领域中最有前景的技术之 一［１。］。在过去的２０多年的时间里，有机电致发光器件的研 究无论是在器件结构还是材料方面都取得长足进展。目前， 基于有机电致发光的显示及照明器件正逐步走向市场。有机 半导体材料由于其在分子结构设计上的灵活性，使其在新型 光电器件应用上具有很大的潜力。有机电致发光器件所用的 小分子和聚合物材料基本都是固体材料。而对于液体材料的 有机电致发光特性的研究还没有被详细探讨过。在本工作 中，我们制备了一基于液体发光层的有机电致发光器件，该 类璎器件的实现对于新型柔性有机电致发光显示器件的研究 是一个重要的尝试。 采用一种常温下为液体的有机半导体材料９－（２－ｅｔｈｙｌ－ ｈｅｘｙｌ）ｃａｒｂａｚｏｌｅ（ＥＨＣｚ），该材料的玻璃化温度很低。Ｒｉｂｉ— ｅｒｒｅ等［５］用飞行时间（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ，ＴＯＦ）法，通过设计一 特殊的器件结构测得其在电场强度２．５×１０５ Ｖ・ｃｒｎ－１时空 穴迁移率为４ Ｘ １０“ａｍ２・（Ｖｓ）～，该迁移率的值与一般空 穴传输材料相当，且远大于同样电场强度下ｐｏｌｙ（Ｎ－ｖｉｎｙｌｃａｒ－ ｂａｚｏｌｅ）（ＰＶＫ）的空穴迁移率。激光染料５，６，ｉｉ，１２－ｔｅｔｒａｐｈｅ－ ｎｙｌｎａｐｔｈａｃｅｎｅ（ｒｕｂｒｅｎｅ）分子具有非常高的量子效率，在稀
半导体光电子学第2章 异质结
VD —— 接触电势差（或内建电势差、扩散电势）
VDp、 VDN ——交界面两侧p型半导体和p型半导体中的内建电势差
由泊松方程
2V x, t (x)
r 0
E(x) dV / dx
VDp eN A1x p 2 / 21
VDN eND2 xN 2 / 2 2
VDp
/ VDN
2 N A1 x p 2 1ND2 xN 2
当半导体激光器正向偏置时，pn+结附近的势垒大大降低， 使得电子能够越过势垒进入p区。同时，p区和p+区分界面 附近的势垒也有一定程度的降低，使得空穴进入p区。但是， 由于p区和两边区域的材料不同，它们的禁带宽度不同，这 就使得在p区和p+区分界处导带是不连续的，p+区的导带高 于中间p区的导带，相当于在p区和p+区分界处存在一个势 垒ΔEc，使p区的电子不能越过势垒流过p+区到达电源正极。 同时，在p区和n+区分界面处价带是不连续的，n+区的价带 低于中间p区的价带，这也相当于在p区和n+区分界处存在 一个势垒ΔEv，使p区的空穴不能越过势垒流过n+区到达电 源负极。这就把电子和空穴都限制在中间的p区，迫使他们 全部地复合产生光子。这就提高了激光器的发光效率。这个 限制电子和空穴的区域称为有源区。
不论是n型或p型半导体材料，若Fermi能级都处于禁带 中。——轻掺杂半导体。 这时在外加电压作用下电子和空穴虽然也能复合产生光子， 但是由于载流子浓度有限，形成不了粒子数反转和受激辐射。 这种材料只能用于发光二极管。 为了使半导体材料在外界作用下实现粒子数反转，必须对半 导体进行重掺杂，使n型的Fermi能级处于导带中，p型的 Fermi能级处于价带中。
掺杂与Al组分对AlGaInP四元系LED发光效率的影响
第25卷 第4期2004年8月发 光 学 报C HI NESE JOURNAL OF LUMINESC ENCEVol.25,No.4Aug.,2004文章编号:1000 7032(2004)04 0379 04掺杂与Al 组分对AlGaInP 四元系LED 发光效率的影响陈贵楚,范广涵,陈练辉,刘 鲁(华南师范大学光电子材料与技术研究所,广东广州 510631)摘 要:在AlGaInP 四元系双异质结发光二极管(D H LED)的材料生长过程中,限制层的Al 组分与p 型掺杂浓度的确定有较大的随意性,这对LED 的发光不利。
通过分析载流子在发光二极管(LED)双异质结中的输运情况,得到了在不同的p 型掺杂程度下,限制层Al 组分与LED 发光效率的关系,从而可以探索p 型掺杂与Al 组分对发光效率影响的规律,得到的结论对于LED 的器件结构设计以及MOC VD 材料生长有一定的指导意义。
关 键 词:Al GaInP;Al 组分;p 型掺杂;发光效率中图分类号:TN209 文献标识码:A收稿日期:2003 05 19;修订日期:2003 09 28 基金项目:国家科技攻关计划资助项目(00 068)作者简介:陈贵楚(1974-),男,湖南岳阳人,硕士研究生,主要从事光电子材料与器件的研究。
E mai l:gchenbox@,Tel:(020)387477921 引 言目前发光二极管的发展方向主要是高亮度及全彩色,Ga AlAs 、GaAlInP 与GaInN 是较成熟的半导体发光材料,其中Ga AlAs 是红光二极管的优选材料,Ga AlInP 材料根据Al 组分的变化能得到红光(680nm )到绿光(560nm )的光波。
最早的GaAlInP 高亮度发光二极管在20世纪90年代初由美国HP [1]和日本的Toshiba [2]首先研制成功。
GaInN 是制备蓝绿高亮度LED 的理想材料,在1993年由日本Nichia [3]首先制作成功。
有机半导体Alq的“n型掺杂”研究
有机半导体Alq的“n型掺杂”研究有机半导体Alq的“n型掺杂”研究近年来，有机半导体材料在光电器件领域广泛应用。
相较于无机半导体材料，有机半导体具有柔性、低成本和易加工等优点，对于柔性显示器、有机太阳能电池和有机发光二极管等领域的发展具有重要意义。
其中，全名为铝三甲基金属配合物（Alq），是一种具有优异的发光特性和电学性质的有机半导体材料，因此备受关注。
虽然Alq作为p型半导体在有机电子器件中发挥重要作用，但作为n型半导体的应用却受到了一定的限制。
由于其本征半导体通常表现为p型输运，其中空穴作为主要载流子。
因此，探索一种有效的方法实现Alq的“n型掺杂”具有重要意义。
在Alq中实现n型掺杂的方法有很多，如掺杂杂质、引入异质结、利用界面修饰等。
对于掺杂杂质来说，通过引入含有氧、氮或硫等原子的分子，可以改变Alq的电学性质，扩展其载流子输运特性。
此外，通过将Alq与其他n型有机半导体或无机半导体材料形成异质结，也可以实现Alq的n型掺杂。
在界面修饰方面，通过调整Alq与介质界面之间的电子态分布，也能够影响Alq的导电性能。
在掺杂杂质方面，研究人员发现通过掺入具有强电子亲和力的分子，如铁酞菁和硝基苯酚等，可以显著提高Alq的电子迁移率。
与此同时，这些掺杂杂质还会降低Alq的工作函数，提高电子注入性能。
通过实验可得，Alq与铁酞菁掺杂体系的电子迁移率较纯净Alq明显提高了一个数量级。
此外，研究人员还发现使用异质结的方法，如Alq与Alq衍生物或C60形成的异质结，也能够实现Alq的n型掺杂。
实验结果表明，与纯净Alq相比，Alq与Alq衍生物形成的异质结具有更高的电子迁移率和更佳的n型输运性能。
在界面修饰方面，研究发现通过导入适量的钠离子或锂离子，可以有效调节Alq与介质之间的电子分布情况，实现Alq 的n型掺杂。
通过这种方式，在Alq与介质之间形成适当的势垒，可以增加电子的输运能力。
这一方法不仅实现了Alq的n 型掺杂，还改善了器件的电流注入性能。
有机功能材料合成技术课程小论文
有机功能材料合成技术课程论文、光电有机功能材料的发展摘要：随着环境问题与能源问题的日渐严峻,作为清洁能源的太阳能的利用越来越受重视。
有机太阳能电池在第三代太阳能电池器件中将承担极其重要的角色。
相比于无机材料,有机材料存在明显优势,但是与无机太阳能电池相比,有机太阳能电池的转化效率还较低。
如何从本质上解决有机半导体光电转换效率低的问题,是太阳能电池研究的关键。
关键词：有机光电材料，太阳能电池正文：有机太阳能电池的研究进展众所周知,传统能源储量不是无限可再生的,随着人类大规模的生产和过度的使用,在不久以后其不再能满足人类的需要,为了持续人类社会不断发展,科研工作者刻不容缓地寻找和开发可替代的新能源。
其中,太阳能因其来源广、可再生、天然无污染等特点得到了社会各界强烈的反响。
而有机太阳能电池(OSCs)作为重要的新能源已成为研究的热点,但要想实现商业化道路依然还有诸多困难需要得到解决,特别是在光电转换效率方面还没办法达到产业化的最低要求,这使得其成为争相研究的范畴之一。
众所周知,传统能源储量不是无限可再生的,随着人类大规模的生产和过度的使用,在不久以后其不再能满足人类的需要,为了持续人类社会不断发展,科研工作者刻不容缓地寻找和开发可替代的新能源。
其中,太阳能因其来源广、可再生、天然无污染等特点得到了社会各界强烈的反响。
而有机太阳能电池(OSCs)作为重要的新能源已成为研究的热点,但要想实现商业化道路依然还有诸多困难需要得到解决,特别是在光电转换效率方面还没办法达到产业化的最低要求,这使得其成为争相研究的范畴之一。
众所周知,传统能源储量不是无限可再生的,随着人类大规模的生产和过度的使用,在不久以后其不再能满足人类的需要,为了持续人类社会不断发展,科研工作者刻不容缓地寻找和开发可替代的新能源。
其中,太阳能因其来源广、可再生、天然无污染等特点得到了社会各界强烈的反响。
而有机太阳能电池(OSCs)作为重要的新能源已成为研究的热点,但要想实现商业化道路依然还有诸多困难需要得到解决,特别是在光电转换效率方面还没办法达到产业化的最低要求,这使得其成为争相研究的范畴之一。
有机半导体材料性能研究与应用前景
有机半导体材料性能研究与应用前景周高还【摘要】通过介绍有机半导体材料的极性反转、聚合物的极化反转,探讨有机半导体的电学性能以及在半导体器件中的应用使有机半导体研究成为新世纪研究的新热点.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2015(044)011【总页数】4页(P25-27,31)【关键词】有机半导体;聚合物;电学性能【作者】周高还【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304早在上世纪60年代科学家们已经对半导体材料开始系统性的研究，使得有机材料为基础的电子产业已经进入新的发展阶段。
2000年的诺贝尔化学家授予了黑格尔、白川英树等从事有机材料研究的科学家。
这标志着有机半导体研究已经成为新世纪研究的新热点。
相对于无机半导体，有机半导体具有明显的优势。
具有价格低廉，易溶解，材质轻，易加工，能通过控制分子达到控制电性能等优势。
有机半导体按导电率可以介于绝缘体和半导体之间。
对于有机半导体的研究主要集中在材料和器件的研究，其中有机薄膜、有机太阳能、有机传感器等相关技术都取得了大量成果。
光伏效应已经在光探测器与光电池领域广泛的应用。
光伏效应即指吸收光子后的半导体材料会产生空穴与电子P型半导体与N型半导体间通过场效应载流子做定向迁移所产生的势能。
产生光伏效应需要经过：吸收光子、极化、载流子、载流子定向迁移。
在经典理论中，半导体的光伏极性一旦确定后就不能改变。
但是浙江大学的科研人员在研究中发现，复合半导体材料的光伏极性是可以被光照波长改变的。
这一发现目前已经取得学术界的承认，相关研究成果在美国《应用物理》等杂志上先后发表，引起该领域学者的关注。
科研人员在进行国家自然科学基金重大项目"半导体复合光功能材料与器件的基础性研究"时发现了这一特异现象，它所依赖的材料不是通常的元素半导体或者化合物半导体，而是研究人员自己设计研制的、由两种或两种以上材料组成的复合半导体材料。
LED发光二极管(深入版)
发光二极管LED一、LED的结构及发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。
LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。
发光二极管是一种将电流顺向通到半导体p-n结处而发光的器件，通常采用双异质结和量子阱结构。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。
在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线。
1. 烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K获1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1 坎德拉。
并且，烛光、国际烛光、坎德拉三个概念是有区别的，不宜等同。
从数量上看，60 坎德拉等于58.8国际烛光，亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。
二、LED光源的特点1. 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。
2. 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3. 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境4. 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%5. 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级6. 对环境污染：无有害金属汞7. 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。