為探究紅熒烯（Rubrene）內(nèi)部的單重態(tài)激子分裂（S₁+S₀→T₁+T₁, STT）和發(fā)光過程的微觀機制,本文選用具有強自旋軌道耦合（spin-orbit coupling, SOC）且發(fā)射綠光的磷光材料Ir（ppy）₃,以不同比例混入到發(fā)射橙光的Rubrene薄膜中制備了一系列發(fā)光器件,并在不同溫度和電流下測量了器件的電致發(fā)光磁效應(yīng)（magneto-electroluminescence, MEL）和電流–發(fā)光（I-B）曲線.實驗發(fā)現(xiàn):室溫下不同混入比例的發(fā)光器件,其MEL線型均表現(xiàn)為磁場調(diào)制的STT指紋式特征曲線,但MEL幅值隨混入比例的增加卻表現(xiàn)出先增加后減小的特性,而其發(fā)光強度則表現(xiàn)為單調(diào)增加的特點,這與常規(guī)Rubrene摻雜器件（如mCP:y%Rubrene）隨濃度增大其STT增強但發(fā)光減弱的結(jié)果不同.通過對Ir（ppy）₃的單、三重態(tài)激子能級和發(fā)射譜以及Rubrene吸收譜的分析可知,器件中除了Rubrene分子間距會影響STT過程的強弱外,... 

【文章來源】：中國科學(xué):信息科學(xué). 2020,50(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)器件的光電特性

我們選擇混入濃度為10%的器件(即Rubrene:10%Ir(ppy)3器件),來探究注入電流(I)和工作溫度(T)這兩種因素對Ir(ppy)3混入Rubrene器件中各微觀過程的影響,并在T=300～20 K溫度范圍內(nèi)測量了該器件(圖2(a)～(d))和參考器件(圖2(e)～(h))在不同注入電流下MEL隨外加磁場的變化關(guān)系.MEL定義為:MEL=?EL/EL=[EL(B)-EL(0)]/EL(0)×100%,其中EL(B)和EL(0)分別為有無磁場時器件的電致發(fā)光強度.從圖2(a)和(e)中可以看出,室溫下(T=300 K)兩種器件呈現(xiàn)出類似的線型,即:當(dāng)|B|<25 mT時,MEL值均隨著磁場的增加而小幅減小;當(dāng)25 mT<|B|<300 mT時,MEL值隨著磁場的增加而逐漸增加,直到B增加到300 mT時的MEL值也未達到飽和,這種變化趨勢與文獻報道的STT過程決定的指紋式響應(yīng)曲線一致[12].當(dāng)溫度降為200 K時(圖2(b)和(f)),兩器件依舊呈現(xiàn)出相似的STT過程決定的線型.但隨著溫度進一步降低(100 K),兩器件的MEL曲線(圖2(c)和(g))在線型和幅值上開始發(fā)生了明顯地變化.當(dāng)溫度降為20 K時,如圖2(d)和(h)所示,兩個器件的MEL曲線均由兩部分組成:在較小磁場范圍內(nèi),兩器件的MEL隨著磁場的增加而快速增加,即低場效應(yīng)(low-field effect,LFE);隨著磁場的進一步增加,MEL逐漸增加(Rubrene:10%Ir(ppy)3器件)或逐漸減小(參考器件),即高場效應(yīng)(high-field effect,HFE).據(jù)文獻報道,低場效應(yīng)的變化與ISC過程決定的MEL指紋式曲線一致[13];而在高場效應(yīng)的變化中,MEL曲線隨磁場逐漸增加的趨勢則是由STT過程決定的,反之,逐漸減小的趨勢則是由TTA過程決定的[19].由于兩器件對應(yīng)MEL曲線的高場變化更為明顯,因此本文主要研究高場,而對低場不做過多討論.為了更加清楚地探究溫度和電流對Rubrene:10%Ir(ppy)3器件中MEL曲線的影響,我們將圖2中所示Rubrene:10%Ir(ppy)3器件在注入電流為10μA時隨溫度變化的MEL曲線總結(jié)在圖3(a)中,且將兩器件在不同溫度不同電流下對應(yīng)的MEL高場效應(yīng)值(MELHFE)總結(jié)在圖3(b)中.其中,MELHFE被定義為MELHFE=MEL(B=300 mT)-MEL(B=18 mT).從圖3(a)中可以看出,溫度由300K降到20K,Rubrene:10%Ir(ppy)3器件MEL曲線的高場效應(yīng)都呈現(xiàn)出由STT過程決定的指紋式磁響應(yīng)曲線,且STT過程隨著溫度的降低而明顯減弱.這與文獻報道的常規(guī)紅熒烯器件中STT的溫度依賴性一致[7].此外,從圖3(b)中總體來看,兩器件具有大致相似的電流和溫度依賴特性:同一溫度不同注入電流條件下,MELHFE值隨著電流的增加而減小;同一注入電流不同溫度下,MELHFE值隨著溫度的降低而減弱.然而,有兩點變化更加值得讓人注意:(1)相同溫度對應(yīng)電流條件下(以T=300 K,I=10μA為例),Rubrene:10%Ir(ppy)3器件的MELHFE值(20%)總是高于參考器件的MELHFE值(17%);(2)當(dāng)溫度降為20 K時,參考器件對應(yīng)的MELHFE值全為負,而Rubrene:10%Ir(ppy)3器件對應(yīng)的MELHFE值依舊全為正.這兩點變化都說明了,在Rubrene器件中,混入一定量的磷光材料Ir(ppy)3,在各個工作溫度條件下,都能夠有效地促進Rubrene中STT過程的發(fā)生.這一現(xiàn)象在文獻中還未見報道過,我們將在后文詳細解釋引起這些變化的原因.

為了更加清楚地探究溫度和電流對Rubrene:10%Ir(ppy)3器件中MEL曲線的影響,我們將圖2中所示Rubrene:10%Ir(ppy)3器件在注入電流為10μA時隨溫度變化的MEL曲線總結(jié)在圖3(a)中,且將兩器件在不同溫度不同電流下對應(yīng)的MEL高場效應(yīng)值(MELHFE)總結(jié)在圖3(b)中.其中,MELHFE被定義為MELHFE=MEL(B=300 mT)-MEL(B=18 mT).從圖3(a)中可以看出,溫度由300K降到20K,Rubrene:10%Ir(ppy)3器件MEL曲線的高場效應(yīng)都呈現(xiàn)出由STT過程決定的指紋式磁響應(yīng)曲線,且STT過程隨著溫度的降低而明顯減弱.這與文獻報道的常規(guī)紅熒烯器件中STT的溫度依賴性一致[7].此外,從圖3(b)中總體來看,兩器件具有大致相似的電流和溫度依賴特性:同一溫度不同注入電流條件下,MELHFE值隨著電流的增加而減小;同一注入電流不同溫度下,MELHFE值隨著溫度的降低而減弱.然而,有兩點變化更加值得讓人注意:(1)相同溫度對應(yīng)電流條件下(以T=300 K,I=10μA為例),Rubrene:10%Ir(ppy)3器件的MELHFE值(20%)總是高于參考器件的MELHFE值(17%);(2)當(dāng)溫度降為20 K時,參考器件對應(yīng)的MELHFE值全為負,而Rubrene:10%Ir(ppy)3器件對應(yīng)的MELHFE值依舊全為正.這兩點變化都說明了,在Rubrene器件中,混入一定量的磷光材料Ir(ppy)3,在各個工作溫度條件下,都能夠有效地促進Rubrene中STT過程的發(fā)生.這一現(xiàn)象在文獻中還未見報道過,我們將在后文詳細解釋引起這些變化的原因.3.3 混入濃度對器件MEL曲線的影響

【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用有機磁電導(dǎo)分析Rubrene發(fā)光器件中三重態(tài)激子解離和電子散射過程[J]. 陳穎冰,袁德,向杰,陳秋松,賈偉堯,張巧明,熊祖洪.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2016(01)
[2]不同溫度下單重態(tài)激子裂變對Rubrene有機電致發(fā)光磁效應(yīng)的影響[J]. 劉亞莉,雷衍連,焦威,張巧明,陳林,游胤濤,熊祖洪.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2013(01)
[3]磷光材料fac-tris(2-phenylpyridinato-N,C2’)iridium（Ⅲ）對不同熒光材料的敏化作用及發(fā)光機制分析[J]. 宋丹丹,趙謖玲,徐征,張�？�,岳欣,朱海娜.  光譜學(xué)與光譜分析. 2009(10)
[4]兩種主體材料中Ir（ppy）3和Rubrene的能量傳遞特性[J]. 李艷蕊,趙謖玲,楊少鵬,徐征,張福俊,宋丹丹,徐敘.  光譜學(xué)與光譜分析. 2009(01)
[5]Ir（ppy）3對Rubrene熒光材料的敏化性研究[J]. 許洪華,徐征,張�？�,趙謖玲,袁廣才,陳躍寧.  光譜學(xué)與光譜分析. 2008(07)
[6]通過引入電子阻擋層的高效率的有機磷光白光器件[J]. 姜文龍,丁桂英,汪津,王靜,王立忠,常喜,韓強,王洪梅,趙曉紅.  光電子.激光. 2008(05)

碩士論文
[1]利用有機磁效應(yīng)研究Rubrene發(fā)光器件中三重態(tài)激子相關(guān)的微觀過程[D]. 陳穎冰.西南大學(xué) 2017
[2]基于Rubrene分子的有機發(fā)光器件中的磁效應(yīng)研究[D]. 陳秋松.西南大學(xué) 2016



本文編號：3512154