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有機電致發(fā)光器件領(lǐng)域新成員——有機單晶半導(dǎo)體

發(fā)布時間: 2023-03-22    作者:
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陜西有機電發(fā)光材料企業(yè)跟大家一起了解下,有機電致發(fā)光器件領(lǐng)域新成員——有機單晶半導(dǎo)體。

陜西有機電發(fā)光材料

有機半導(dǎo)體材料的歷史可以追溯至20世紀40年代,這一材料體系囊括了有機小分子和有機聚合物兩大類。憑借簡單的低溫加工工藝和良好的機械柔性,有機半導(dǎo)體材料為實現(xiàn)低成本、大面積柔性電子器件提供了理想的解決方案[1]。

撰文:吉林大學(xué)丁然、安明慧、馮晶,清華大學(xué)孫洪波

更關(guān)鍵的是,有機半導(dǎo)體材料可通過分子裁剪手段,調(diào)控材料的溶解度、極性、能帶結(jié)構(gòu),以及載流子遷移率等性質(zhì),為豐富材料的多樣性提供了必要手段。在有機場效應(yīng)晶體管、有機太陽能電池和有機發(fā)光二極管等基礎(chǔ)研究和應(yīng)用領(lǐng)域,有機半導(dǎo)體材料都已經(jīng)取得了長足的發(fā)展,并引起工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

近些年,作為有機半導(dǎo)體材料的一個重要分支,有機單晶材料以其諸多優(yōu)越特性成為人們關(guān)注的焦點。有機單晶具有規(guī)則有序的分子排列,為揭示分子間結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系和有機半導(dǎo)體基本物理性質(zhì)提供了良好的模型體系[2]。此外,其低的雜質(zhì)含量、高的載流子遷移率以及高的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,對光電子領(lǐng)域的發(fā)展也產(chǎn)生深遠的影響。

在早期的研究中,有機單晶半導(dǎo)體材料作為重要的工具,用以衡量和評價材料內(nèi)部的電荷輸運能力?;趫鲂?yīng)晶體管器件結(jié)構(gòu),可測量晶體材料的表面電荷輸運能力,已報道..優(yōu)的遷移率高達43 cm2 V-1 s-1。因在材料內(nèi)發(fā)現(xiàn)了放大自發(fā)輻射(ASE)和激光振蕩等現(xiàn)象,又使其在光泵浦激光器領(lǐng)域應(yīng)運而生,并迅速成為研究的熱點[3]。而有機單晶電致發(fā)光器件的研究,可以追溯至1963年,作為..種被應(yīng)用于有機電致發(fā)光器件的材料,具有跨時代的意義,推動了有機電致發(fā)光器件的發(fā)展和應(yīng)用。在Web of Science網(wǎng)站檢索“有機單晶”關(guān)鍵詞,可以看到,僅過去半個世紀的時間里,已有超過41000篇相關(guān)文章發(fā)表,這種對有機單晶材料的狂熱已延伸到多種類型的光電器件上。

吉林大學(xué)馮晶教授與清華大學(xué)孫洪波教授研究團隊合作,在Laser & Photonics Reviews上發(fā)表綜述論文[4],結(jié)合近年來該團隊的相關(guān)工作,從有機單晶光電特性、生長方法到電致發(fā)光器件應(yīng)用,系統(tǒng)評述了有機單晶在電致發(fā)光領(lǐng)域的..新研究進展。

(a)模板剝離法制備有機單晶發(fā)光二極管器件流程;(b) 有機單晶發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)及(c)能級結(jié)構(gòu);(d)有機單晶發(fā)光二極管電致發(fā)光照片(1.藍2.綠3.紅4.白)

文章首先從分子堆積模式、電荷輸運能力、發(fā)光特性以及各向異性等角度出發(fā),介紹了近年來有機單晶在光電特性方面的理論和實驗研究。這些重要性質(zhì)與電致發(fā)光器件應(yīng)用息息相關(guān),對其深入的了解可為進一步優(yōu)化材料性能、器件結(jié)構(gòu)和工藝提供重要依據(jù)。文章又回顧了制備高質(zhì)量有機單晶的各種方法,包括溶液法、熔融法以及氣相法等,這些生長方法的改進有助于有機單晶光電器件的快速發(fā)展。同時總結(jié)了有機單晶電致發(fā)光器件領(lǐng)域的..新進展,包括兩種典型的器件結(jié)構(gòu),發(fā)光二極管和發(fā)光場效應(yīng)晶體管器件。

文中詳細介紹了團隊在有機單晶電致發(fā)光器件方面的工作:

提出模板剝離法制備有機單晶發(fā)光二極管器件,實現(xiàn)載流子均勻注入和面發(fā)光器件; 利用苯-噻吩齊聚物晶體材料實現(xiàn)偏振可調(diào)的可變光發(fā)光二極管器件; 借助染料分子摻雜技術(shù)并優(yōu)化器件結(jié)構(gòu),成功實現(xiàn)了..率紅綠藍三色發(fā)光的有機單晶發(fā)光二極管器件; 利用熒光偏振探測技術(shù),結(jié)合..性原理計算,提出了摻雜有機單晶中組、客體分子的堆積模型,..終證明摻雜有機晶體材料內(nèi)部客體分子處于一種“..” ** 式摻雜結(jié)構(gòu); 采用雙摻雜技術(shù),實現(xiàn)均勻發(fā)光并覆蓋紅綠藍波段的寬光譜的白光有機單晶材料,并借此制備了..率高顯色指數(shù)的有機單晶白光發(fā)光二極管器件。

這些工作為拓展晶體材料在光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供了關(guān)鍵信息。文章的..后展望了有機半導(dǎo)體單晶未來在電致發(fā)光領(lǐng)域?qū)⒁媾R的機遇和挑戰(zhàn)。陜西有機電發(fā)光材料選擇可以聯(lián)系綠元生物。