有机双势垒共振隧穿结构的载流子注入特性及其在单活性层有机电致发光器件中的应用

基于无机半导体材料的双势垒共振隧穿结构具有高的载流子隧穿效率(在满足一定的条件下可以获得近100％隧穿几率)，这使得无机共振隧穿二极管器件具有极低的工作电压和功耗。而针对有机半导体材料双势垒共振隧穿结构却鲜有报道与研究。随着有机半导体器件发展与应用，电极与有机半导体材料间的接触与载流子注入成为有机电子器件中的重要问题。采用有机半导体材料制备共振隧穿双势垒结构为我们实现有机电子器件中载流子的高效注入提供了一条崭新的思路。. 首先，我们通过研究有机多晶薄膜的成膜动力学过程，采用超高真空有机分子束沉积技术制备一种有机多晶态"双势垒单势阱"多层薄膜结构，实现载流子的共振隧穿、负阻效应、高频等特性，为实现有机共振隧穿二极管以及其在其它有机电子器件中的应用奠定实验和理论基础。其次，将这种有机双势垒共振隧穿结构应用于单活性层有机电致发光器件中，实现一种载流子高效注入的新结构与途径。

近年来，基于有机半导体材料的新型电子器件，如有机电致发光二极管、有机太阳能电池、有机存储器，因其材料选择多样，制造工艺简单以及成本低廉等优点而受到了广泛关注。对于有机电子器件而言，电极与有机功能层界面的载流子注入对于有机电子器件的性能有着极其重要的影响。本项目提出了基于共振隧穿结构增强电极/有机功能层界面载流子注入效率的研究思路。围绕这一思路，本项目开展了一系列研究工作，主要包括以下几个方面：第一，研究了基于CdSe单核量子点修饰的ITO电极构造的有机器件的室温负微分电阻特性。详细探讨了有机功能层的选择、CdSe量子点在ITO表面的聚集状态对器件的负阻特性的影响。研究表明器件电流-电压特性负阻区的峰谷电流比可以通过两种方式调控。一种方式是通过增大电极/有机功能层界面的注入势垒，抑制以热电子发射过程注入到有机功能层的漏电流。另一种方式是构造准单层的CdSe量子点薄层增强载流子的隧穿注入效应。第二、研究了采用Ag纳米颗粒修饰的ITO电极构造的有机器件的负微分电阻特性。观察到了器件的电学双稳态特性，即器件的负阻特性强烈地依赖测试电场的扫描方式。我们进一步研究了有机功能层厚度对器件的载流子传输机制的影响，并提出了一种基于金属电极扩散机制的物理模型对该现象进行了解释。第三、采用热台沉积工艺构造了基于有机势垒层和有机势阱层的双势垒单势阱结构，并在室温条件下观测到了该器件的负阻特性区。这些工作为我们后期提升有机共振隧穿器件性能，实现其应用到新型有机电子器件中奠定了基础。此外， 在本项目的支持下，在有机电致发光器件领域，我们还系统研究了新型载流子产生结构在有机电致发光器件中的应用，并开发了一系列新型的氟代联蒽类蓝光主体材料和Ir配合物磷光染料为高性能的有机电致发光器件制备奠定基础。. 在本基金的支持下，项目组共计在国际期刊中发表SCI检索学术论文18篇，另外还有3篇论文正在整理和投稿过程中。项目实施过程中，培养硕士生1名。总体上，我们的研究工作取得了较为丰硕的研究成果，达到了项目的预期目标。