【摘要】：光電功能晶體材料的研究近年來受到廣泛關(guān)注,本文圍繞主客體摻雜有機晶體和有機-無機雜化鈣鈦礦晶體進行了研究。(1)構(gòu)筑兼具高發(fā)光和高平衡載流子遷移性質(zhì)的有機晶體對于電注入發(fā)光與激光的研究意義重大。但是在單晶材料中,有利于電荷遷移的分子排列方式,通常也會導致發(fā)光效率的下降。本文通過設計主客體分子,制備摻雜有機晶體,實現(xiàn)高發(fā)光和高遷移的統(tǒng)一:即主體承擔晶體的載流子傳輸功能,客體承擔發(fā)光功能。研究摻雜晶體生長的熱動力學影響因素,以及超分子作用力對分子堆積結(jié)構(gòu)的調(diào)控和主客體分子(偶極)間排列方式對能量轉(zhuǎn)移效率、電荷遷移的影響規(guī)律,建立摻雜晶體的制備方法學及晶體結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)的關(guān)系,探索、發(fā)展兼顧高發(fā)光效率和高平衡載流子遷移率、并適用于有機電注入發(fā)光與激光研究的摻雜晶體材料�；谖锢須庀鄠鬏敺�,以2,2-二氰基二苯乙烯基苯(2-CSB)分子作為主體,并五苯(Pc)分子作為客體,制備了并五苯摻雜2,2-二氰基二苯乙烯基苯(2-CSB(?)Pc)晶體,并對其分子堆積結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)進行了研究。在2-CSB(?)Pc摻雜晶體中,2-CSB向Pc的能量轉(zhuǎn)移,使晶體呈紅光發(fā)射且效率為~30%,并且具有放大自發(fā)射(ASE)性質(zhì),閾值能量為4.7 mJ/cm~2,而純Pc晶體的發(fā)光極弱且沒有ASE性質(zhì);構(gòu)筑晶體的場效應晶體管,測得的最高遷移率可達0.51 cm~2/Vs,而未摻雜的2-CSB晶體遷移率為0.66 cm~2/Vs。說明客體摻雜沒有破壞晶體的結(jié)構(gòu)有序性,保持了高的遷移率,并且利用能量轉(zhuǎn)移實現(xiàn)了高的發(fā)光效率。(2)有機金屬鹵化物鈣鈦礦(CH_3NH_3PbX_3,X=Cl,Br)是光電功能材料領(lǐng)域研究的一個新熱點,與有機半導體相比,物理和化學性能都得到極大地提高,具有高的光吸收系數(shù)、長的載流子擴散距離、雙極性傳輸?shù)葍?yōu)點。但是,鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)與其發(fā)光和遷移性質(zhì)的關(guān)系尚不清楚。這部分主要探討了大尺寸(厘米級)有機-無機雜化鈣鈦礦單晶的生長條件、結(jié)構(gòu)和形貌性質(zhì)以及生長的熱動力學機制,為進一步構(gòu)筑晶體器件并研究其光電性質(zhì)打下基礎。結(jié)合溶液晶種生長法與蒸發(fā)溶劑法,制備的CH_3NH_3PbCl_3和CH_3NH_3PbBr_3單晶的尺寸可分別達到0.90 cm和0.81 cm,X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)的分析結(jié)果證明了這些晶體具有很高的質(zhì)量,并且生長機制遵從層加島狀(Stranski-Krastanov)的模式。同時,這種制備方法具有工藝流程簡單、成本低的特點,有望在規(guī)�；L大尺寸鈣鈦礦單晶中得以應用。
【圖文】：

第一章 緒論工程學角度，構(gòu)筑兼具高遷移和高發(fā)光的有機晶體是非常困難的。如圖 1-1 所示，主鏈中的有機分子采用面對面平行方式堆積，該結(jié)構(gòu)讓有機晶體具備較高的載流子遷移率。在這種堆積方式中，分子的長軸相互平行（即 H-聚集），由于分子偶極之間相互作用較強，這種相互作用會導致該聚集的分子能級發(fā)生劈裂。并且，劈裂后的分子處于激發(fā)態(tài)，處于的能級電子躍遷困難，進而導致固態(tài)發(fā)光效率低。對于絕大多數(shù) H-聚集的晶體，其發(fā)光效率是非常低的；在 H-聚集的有機分子上引入官能團，可以改變有機分子偶極之間的相互作用方式，讓堆積結(jié)構(gòu)變?yōu)殄e位平行的（J-聚集）或分子交叉的偶極堆積（X-聚集），或是拉大分子間的距離。J-聚集形成的較低激發(fā)態(tài)能級在光學上是躍遷允許的，而X-聚集和增大分子間的距離實際上都是減弱偶極間的相互作用，使發(fā)光性質(zhì)更接近單分子的狀態(tài)。以上三種方式都可以提高晶體的發(fā)光效率，然而也會使分子間的共軛π軌道重疊程度降低，導致載流子遷移率的下降。

(100 300°C) 下進行，主體晶格擾動比較大，分子動能高，客體分子更容易摻入，是生長高質(zhì)量，，晶格失配小晶體較為理想的方式之一。如圖 1-2 所示，為物理氣相傳輸法晶體生長裝置，主要由玻璃柱和石英管組成，在石英管外部纏繞電阻絲，根據(jù)所需要調(diào)節(jié)的溫度，控制外部電阻絲的纏繞密度。裝置分為源區(qū)域和晶體生長區(qū)，此裝置與此前 Laudise 等人所設計的裝置類似。晶體生長過程中，首先將升華提純的原料放在源區(qū)域，載氣從源區(qū)域一側(cè)石英管進入，達到噴射狀態(tài)，載氣在到達樣品之前已經(jīng)被加熱，通過控制電阻絲控制載氣的溫度，使之到達樣品處溫度達到最高，隨后逐漸下降。由于載氣過高溫，可以使原料升華變?yōu)闅鈶B(tài)。因為載氣在樣品處溫度是最高的，隨著原料的升華吸熱，還有電阻絲密度的降低，攜帶原料的載氣溫度逐漸下降，原料在在其中處于過飽和狀態(tài)，就會在晶體生長區(qū)生成晶體。為了獲得純度更高、尺寸更大的晶體，載氣的溫度梯度相差不應該過大，通常情況 2 5 °C/cm，生長晶體的工作溫度梯度曲線如圖所示[64]。被加熱的載氣到達原料區(qū)時，不能超過原料升華的溫度。為了避免晶體原料與載氣發(fā)生化學反應，生長晶體所用的載氣，大多數(shù)是純度較高的氮氣或氬氣（純度為 99.999%）。采用此裝置制備的晶體，一般以垂直于石英管的方向，附著在石英管的內(nèi)壁上。
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O78

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前4條

1 黨洋洋;新型有機—無機復合鈣鈦礦晶體材料的生長與性能研究[D];山東大學;2017年

2 方紅華;有機半導體晶體光電特性及其激光器件應用研究[D];吉林大學;2013年

3 王歡;高質(zhì)量有機晶體制備、生長機制探索與光電性質(zhì)研究[D];吉林大學;2011年

4 解增旗;苯基取代二苯乙烯基苯衍生物的晶體結(jié)構(gòu)與光電性能[D];吉林大學;2007年

本文編號：2608306