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近年来,作为有机光电子器件的重要组成部分的有机发光二极管、有机场效应晶体管和有机发光场效应晶体管取得了很大的发展。本论文围绕有机光电器件的界面问题,开展了有机发光二极管、有机场效应晶体管和有机发光场效应晶体管的研究工作,通过界面问题的研究和界面的优化来降低器件的功耗和成本、提高器件的性能和改善器件的稳定性。主要的研究工作包括以下六个方面:
1:利用十六氟酞菁铜作为有机发光二极管的阳极修饰层,改进了ITO阳极和有机半导体的界面接触,发现阳极的修饰可以明显降低空穴注入势垒;通过器件结构的设计与优化,制备了基于修饰电极的高性能、低操作电压的单层、双层和多层有机发光二极管。
2:发明了金-铝不对称源漏电极的制备和水平排列异质结的构筑方法,增强了电子的注入、提高了异质结附近的两种载流子密度,从而成功的制备了空气中发光的有机发光场效应晶体管;该结构采用有机场效应材料和发光材料分别实现晶体管的场效应调控和发光,使得两种材料在器件中发挥各自的功能优势;利用该结构制备了小分子和聚合物发光场效应晶体管并研究了器件性能。
3:从低成本的铜和银的下电极结构出发,通过简单的一步溶液法在电极上生成具有纳米结构的有机电荷转移复合物修饰电极。电极的修饰提高了铜和银电极的表面功函数,改进了电极和有机半导体之间的接触,改善了载流子的注入,实现了和金上电极结构器件性能相当的高性能,同时降低了有机场效应晶体管的制备成本;通过具有纳米结构的电极的构筑研究了电极形貌对于有机场效应晶体管器件性能的影响;提出了降低接触电阻和提高器件性能的新方法。
4:发现了多种基于铜上电极结构的有机场效应晶体管具有和金上电极器件相当的性能,基于铜上电极结构的并五苯场效应器件的性能可以达到0.8 cm2V-1s-1;从电极和半导体的接触以及铜电极的自氧化(CuXO的形成)两个方面阐述了高性能的机理;提出了降低器件制备成本的新途径。
5:采用低成本的铜、银和乙醇为原料,通过图案化铜和银电极制备了图案化的石墨烯电极并制备了并五苯场效应晶体管,基于没有任何修饰的SiO2绝缘层的窄沟道器件的性能可以达到0.53 cm2V-1s-1;开发了一种新型的制备图案化石墨烯的方法,拓展了石墨烯在有机光电器件方面的应用。
6:发现了并五苯薄膜器件在空气中的稳定性和绝缘层的性质密切相关;首次阐明了通过绝缘层的选择可以制备高稳定的并五苯场效应器件,基于纯SiO2绝缘层的并五苯器件性能可以在空气中放置7个月没有明显变化;通过并五苯器件稳定性和绝缘层表面能的关系的研究提出了并五苯在低表面能衬底上(OTS修饰的SiO2)的聚集和相转变是导致器件性能衰减的关键因素;通过合适绝缘层的选择制备了高性能、高稳定性的有机场效应晶体管,最高性能可以达到1.8 cm2V-1s-1。