Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu đặc trưng vôn ampe (i v) phụ thuộc cấu trúc đa lớp của OLED luận văn ths vật liệu và linh kiện nanô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM PTN CÔNG NGHỆ NANO LÂM MINH LONG NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VÔN-AMPE (I-V) PHỤ THUỘC CẤU TRÚC ĐA LỚP CỦA OLED LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH - 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM PTN CÔNG NGHỆ NANO LÂM MINH LONG NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VÔN-AMPE (I-V) PHỤ THUỘC CẤU TRÚC ĐA LỚP CỦA OLED Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nano (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS NGUYỄN NĂNG ĐỊNH Thành Phố Hồ Chí Minh - 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục Lục LVTh.S MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cảm ơn ii Lời cam đoan iii Mục lục iv Danh mục hình minh họa vi Mở đầu Chương Giới thiệu tổng quan 1.1 Cấu tạo tính chất polymer dẫn điện 1.2 Các loại polymer dẫn điện 1.2.1 Polymer dẫn điện chất phụ gia thêm vào 1.2.2 Polymer dẫn trình pha tạp 1.2.3 Polymer dẫn điện 1.3 Ứng dụng polymer dẫn điện 1.4 Phương pháp chế tạo OLED cấu trúc đa lớp 1.4.1 Cấu tạo OLED 1.4.2 Các phương pháp chế tạo OLED 11 1.5 Cơ chế phát quang OLED 15 1.6 Vật liệu dùng để chế tạo OLED 17 1.7 Khảo sát đặc tính OLED 23 1.8 Cải thiện hiệu suất OLED 29 Chương Thực nghiệm 32 2.1 Nguyên tắc hoạt động thiết bị bốc bay chân không 32 2.2 Các phương pháp dùng để chế tạo mẫu 33 2.2.1 Bốc bay chùm tia điện tử 33 2.2.2 Phương pháp bốc bay nhiệt 34 2.2.3 Phương pháp quay phủ ly tâm 35 2.3 Các phương pháp đo đạc 36 2.3.1 Phương pháp đo điện hóa điện cực 36 2.3.2 Phép đo phổ tổng trở 37 Trang iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục Lục LVTh.S 2.3.3 Phổ tán xạ Micro-Raman 37 2.3.4 Phổ huỳnh quang 37 2.3.5 Nhiễu xạ tia X 38 2.4 Trình tự chế tạo mẫu 40 2.4.1 Quá trình chế tạo điện cực anode (ITO) 40 2.4.2 Quá trình chế tạo màng PVK PVK+TiO2, PVK+CdSe 43 2.4.3 Quá trình chế tạo màng MEH-PPV MEH-PPV+TiO2 44 Chương Kết thảo luận 46 3.1 Tính chất tổ hợp cấu trúc nano PVK+ nc-TiO2 PVK+ nc-CdSe: 46 3.2 Tổ hợp cấu trúc nano MEH-PPV + nc – TiO2 53 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Trang v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hinh minh họa LVTh.S DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Mơ tả Hình Hình 1.1 OLED phát sáng phân cực điện trường Trang Những thành phần hình thành nên OLED có Hình 1.4.1 cấu trúc đa lớp bao gồm điện cực âm, lớp phát xạ, lớp 10 dẫn, điện cực dương đế Hình 1.4.2a Hình 1.4.2b Hình 1.4.2c Các phân tử hữu đốt nóng nhẹ (làm bốc hơi) ngưng tụ thành màng mỏng Qui trình lắng đọng pha hữu OVPD Thiết bị in phun độ xác cao (hình a) cách thực (hình b) để tạo OLED 12 13 13 Hệ thống quay phủ (a) đế quay với tốc độ Hình 1.4.2d cao mục đích làm cho chất lỏng lan rộng phía 14 ngồi (b) Hình 1.5a Hình 1.5b Hình 1.6 Hình 1.7a Mức lượng OLED trình hoạt động Ảnh hưởng rào tiêm đầu điện cực tới đặc trưng I-V OLED Phổ hấp thụ (a) quang huỳnh quang (f) màng PVK Đồ thị cho thấy mối quan hệ điện áp hiệu suất OLED 15 16 19 26 Đồ thị cho thấy mối quan hệ cường độ sáng hiệu Hình 1.7b suất Cường độ sáng OLED cao tương ứng 27 với hiệu suất lượng tử hóa bên ngồi Hình 1.7c Hình 2.1 Độ chiếu sáng tăng theo hàm số mũ sau điện áp hoạt động OLED với gia tăng điện áp phân cực Hệ thống tích hợp bao gồm khối tạo chân không 28 32 Trang vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hinh minh họa LVTh.S ULVAC-Sinku kiko, nguồn dịng (RFT-Germany) điều chỉnh được, nguồn áp khoảng 20Vdc, hệ thống cảm biến để đo hiển thị độ dày màng (Quartz Crystal Microbalance) Máy Autolab PGS–12 (khoa Vật lý kỹ thuật cơng Hình 2.3.1 nghệ Nano- ĐH Cơng Nghệ- ĐHQGHN) 36 Thiết bị đo máy quang phổ JASCO (V-570) (phịng Hình 2.3.4 thí nghiệm cơng nghệ quang tử – Khoa vật lý kỹ thuật 38 công nghệ nano– ĐHCN) Máy đo nhiễu xạ tia X D8-ADVANCE (Bruker) (phịng Hình 2.3.5 thí nghiệm micro nano- khoa Vật lý kỹ thuật công 39 nghệ nano- ĐHCN) Thiết bị Nabertherm (model: L0185E) dùng để ủ nhiệt mẫu ITO q trình thực nghiệm phịng thí Hình 2.4.1 nghiệm vật liệu quang tử, khoa Vật lý kỹ thuật công 42 nghệ Nano, trường Đại học Công Nghệ, ĐHQGHN Phổ tán xạ Raman PVK dạng bột màng mỏng Hình 3.1a PVK/ITO với tỷ lệ cường độ khác cho hai mẫu 46 Phổ huỳnh quang mẫu quay phủ ly tâm PVK/ITO Hình 3.1b (1) tổ hợp P.n.T/ITO (2) Ta thấy đỉnh phổ P.n.T dịch phía sóng ngắn cường độ PL mẫu tổ hợp 47 lớn đáng kể so với PL mẫu PVK Đặc trưng I-V OLED PVK/ITO (1) tổ hợp Hình 3.1c P.n.T/ITO (2) Ta nhận thấy rằng, ngưỡng điện phát 47 quang mẫu tổ hợp lớn so với điện ngưỡng Trang vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục hinh minh họa LVTh.S polymer Hình 3.1d Sự hấp thụ PVK polymer 49 Hình 3.1e PL PVK polymer 49 Hình 3.1f Hình 3.1g Hình 3.1h Hình 3.2a Hình 3.2b Hình 3.2c Hình 3.2d Phổ quang huỳnh quang màng PVK PVK + CdSe Đặc trưng I-V cấu trúc diode ITO/PVK/Al:Sn chế tạo phương pháp quay phủ ly tâm Đặc trưng I-V diode có cấu trúc ITO/PVK/Al:Sn chế tạo phương pháp bốc bay chân không Phổ Raman màng MEH-PPV (trên) PVK chế tạo phương pháp quay ly tâm (dưới) Đặc trưng I-V diode có cấu trúc đa lớp ITO/PVK/MEH-PPV/Ag ITO/MEH-PPV/Ag Phổ huỳnh quang màng MEH-PPV MEHPPV+TiO2 Đặc trưng I-V cấu trúc diode ITO/MEH-PPV/Al ITO/MEH-PPV+TiO2/Al 50 52 53 54 55 56 56 Trang viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mở Đầu LVTh.S MỞ ĐẦU Ngày khoa học công nghệ đem lợi ích, sống tiện nghi người lên tầm cao Các sản phẩm chế tạo ngày đạt đến mức độ tinh xảo với trình độ cơng nghệ cao ngày đáp ứng nhiều nhu cầu người, đặc biệt ngành công nghệ nano tạo sản phẩm công nghệ thông minh hơn, thân thiện với môi trường, tiết kiệm lượng công sức lao động nhiều chi phí tốn mang đến hiệu kinh tế cao Hiện tượng điện huỳnh quang chất polymer xuất lần vào năm 1963, người ta thí nghiệm cách nối điện cực anode (ITO) điện cực cathode (Ag) với lớp đệm làm chất Anthracence [1] Sau đó, người ta chế tạo thành công polymer dẫn điện sở pha tạp dẫn xuất khác vào chất polymer athracence để làm tăng khả dẫn điện Sự kiện mở khả nghiên cứu vật liệu bán dẫn hữu hai lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng thực tế Năm 1980, nhóm Tang Vanskylyke cơng bố kết nghiên cứu phát quang họ vật liệu Alqs dùng làm lớp màng phát quang cấu trúc diode phát quang hữu (OLED)[2] Bằng polymer kết hợp với PPP để tạo phát xạ ánh sáng màu xanh da trời vào năm 1990 nhóm Bourroughres đại học Cambride đưa nghiên cứu OLED trở thành ứng dụng khoa học mang tính thực tiễn cao Từ kết ban đầu, nhiều loại OLED với cấu trúc khác tạo ra, ví dụ xây dựng cấu trúc lớp [3] gồm lớp màng truyền lỗ trống HTL lớp màng truyền điện tử ETL kẹp hai điện cực để cải thiện thêm bước việc thiết kế cấu trúc diode phát quang dựa polymer bán dẫn dùng làm lớp màng phát quang có nhiều ưu điểm vượt trội giá thành sản xuất, diện tích phát quang rộng, cấu trúc đa dạng… đó, chúng có khả ứng dụng rộng rãi Tuy vậy, nhược điểm lớn linh kiện hữu hiệu suất phát sáng thấp, độ ổn định chưa cao, màu sắc phát chưa gần với độ nhạy mắt người Người ta tìm nhiều cách để khắc phục, chẳng hạn thay đổi cấu trúc khác nhau, độ dày Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mở Đầu LVTh.S lớp màng, pha tạp số ion đất hay chất màu có khả thay đổi màu sắc ánh sáng phát [4], với phương pháp xử lý bề mặt tiếp xúc ITO/polymer nhằm tăng cường khả tiêm lỗ trống ITO, cải thiện khả tiêm điện tử cathode[5,6,7] Bên cạnh đó, người ta tập trung nghiên cứu cải thiện khả phát sáng hay tìm cách tận dụng ưu hai nhóm vật liệu phát quang vơ hữu Theo đó, số vật liệu tổ hợp polymer phát quang tinh thể có cấu trúc nano TiO2, SiO2, CdSe… sử dụng Thực nghiệm cho thấy chất đưa vào bên chất polymer hiệu suất phát quang tính chất điện cải thiện nhiều Để tiếp nối nghiên cứu bước đầu tìm hiểu cách có hệ thống công nghệ chế tạo, ảnh hưởng thông số công nghệ chế tạo đến thông số đặc trưng diode phát quang hữu cơ, chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc trưng vôn-ampe (I-V) phụ thuộc cấu trúc đa lớp OLED” với mục tiêu cụ thể là: a) Về công nghệ: Chế tạo màng PVK, MEH-PPV đế ITO phương pháp quay ly tâm hóa mơi trường khí trơ, nâng cao cơng cho ITO phương pháp xử lý nhiệt, hóa học, vật lý thích ứng cho PVK, MEHPPV, phủ điện cực cathode Al, Ag phương pháp bốc bay chân không b) Về đặc trưng, tính chất: Nghiên cứu độ dẫn tính phát quang PVK, MEH-PPV phụ thuộc vào điều kiện công nghệ, khảo sát đặc trưng IV, quang huỳnh quang PL cấu trúc PVK/ITO, MEH-PPV/ITO dùng làm OLED Ngoài phần mở đầu, nội dung nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp trình bày theo chương sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan vật liệu polymer dẫn điện diode phát quang hữu (OLED) Chương 2: Quá trình thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận Phần kết luận: Trình bày kết nghiên cứu đạt Trong luận văn này, tác giả có sử dụng số tài liệu biên dịch lại từ sách, báo tiếng Anh tác giả nước Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mở Đầu LVTh.S kết đo đạc thực nghiệm để đối chiếu, so sánh… nhằm làm rõ vấn đề cần trình trình bày Những số liệu, hình ảnh… tác giả tham khảo ghi đề mục […], từ xin thơng qua phần tài liệu tham khảo nắm rõ thông tin Qua đây, tác giả xin chân thành cảm ơn tác giả, nhà khoa học góp phần làm cho luận văn phong phú thêm TÁC GIẢ Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Thực nghiệm LVTh.S bay để tạo màng mỏng kim loại bạc lên MEH-PPV Nối điện cực anode cathode với nguồn điện chiều thông qua dây dẫn Các đặc trưng I-V EL diode khảo sát đồng thời hệ đo điện quang Trang 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S Chương Kết thảo luận 3.1 Tính chất tổ hợp cấu trúc nano PVK+ nc-TiO2 PVK+ ncCdSe: a Tổ hợp PVK+ nc-TiO2 (P.n.T): Để làm rõ vai trò vật liệu tổ hợp, tiến hành nghiên cứu đồng thời vật liệu polymer nhất, có PVK PVK+ ncTiO2 500 1): PVK poder 2): PVK/ITO thin film Intensity (a.u.) 400 300 200 100 0 300 600 900 1200 1500 1800 -1 Wavenumber (cm ) Hình 3.1a: Phổ tán xạ Raman PVK dạng bột màng mỏng PVK/ITO với tỷ lệ cường độ khác cho hai mẫu Hình 3.1a phổ tán xạ Raman RS màng mỏng PVK chế tạo Nhận thấy so với dải RS đặc trưng mẫu tinh thể màng nhận thể dải mẫu chế tạo hai phương pháp (bốc bay chân không – phương pháp vật lý quay phủ ly tâm) Tuy nhiên, phương pháp bốc bay bề dày màng khống chế đến 10nm dễ dàng so với phương pháp quay phủ ly tâm Trang 46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S 4000 1) - PVK 2) - Tỉ hỵp C-êng ®é (a.u.) 3000 2000 1000 400 500 600 700 800 900 B-íc sãng (nm) Hình 3.1b: Phổ huỳnh quang mẫu quay phủ ly tâm PVK/ITO (1) tổ hợp P.n.T/ITO (2) Ta thấy đỉnh phổ P.n.T dịch phía sóng ngắn cường độ PL mẫu tổ hợp lớn đáng kể so với PL mẫu PVK 0.025 1)- PVK 2)- PNT Dßng (mA) 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 10 §iƯn thÕ (V) Hình 3.1c: Đặc trưng I-V OLED PVK/ITO (1) tổ hợp P.n.T/ITO (2) Ta nhận thấy rằng, ngưỡng điện phát quang mẫu tổ hợp lớn so với điện ngưỡng polymer Trang 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S Trái lại, phương pháp quay ly tâm hay phương pháp hóa học nói chung có nhiều ưu điểm, chúng thường cho kết tốt cấu trúc polymer trạng thái liên kết cầu chuỗi polymer không bị đứt đoạn phương pháp bốc bay phương pháp quay ly tâm cịn chế tạo tổ hợp cấu trúc nanô polymer chất vô Sự xuất dòng ngược cường độ dòng tăng cách tuyến tính theo điện chứng tỏ dòng ngược xuất linh kiện, nguyên nhân làm suy giảm đáng kể hiệu suất lượng tử gây hư hỏng nhanh linh kiện Tuy nhiên, ta nhận thấy cường độ dịng ngược OLED-P.n.T khơng tăng (gần không) điện đạt giá trị ngưỡng Trong đó, cường độ dịng ngược cấu trúc OLED-PVK dù nhỏ, lại tăng cách tuyến tính từ áp đặt điện trường, xuất dịng ngược rõ ràng khơng có lợi cho q trình hoạt động OLED, phải tìm cách khống chế khơng cho dịng ngược tăng lên cách tuyến tính phương pháp tăng độ cách điện cho polymer Để giải thích tượng trên, cách dựa vào mơ hình cấu tạo tổ hợp dạng tập hợp tiếp xúc ôxyt/polymer Phổ PL hai loại mẫu: PVK/ITO P.n.T/ITO trình bày hình 3.1b Có thể thấy rõ khác phổ PL hai loại mẫu thể hai đặc điểm: thứ đỉnh phổ P.n.T dịch chuyển phía sóng ngắn, thứ hai cường độ PL mẫu tổ hợp lớn đáng kể so với cường độ PL mẫu PVK So sánh cách tương đối, tỷ số giá trị đo cường độ PL (IP.n.T/IPVK ) đạt giá trị cao đến 3,5 lần Đặc trưng I-V hai loại mẫu dường thể theo chiều hướng không mong muốn: điện ngưỡng phát quang mẫu tổ hợp lớn điện ngưỡng polymer (hình 3.1c) TiO2 coi chất bán dẫn loại n với vùng cấm rộng khoảng 3,6eV PVK có độ rộng vùng cấm nằm khoảng 3,2eV (khe lượng phân cách hai mức LUMO HOMO) Trong TiO2, điện tử vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn, từ tạo lỗ trống vùng hóa trị vùng dẫn bổ sung thêm điện tử Do đó, độ cao hàng rào Shottky hạ thấp xuống, điện tử từ vùng dẫn TiO2 khuếch tán sang vùng LUMO PVK Trong đó, lỗ trống từ vùng hóa trị TiO2 kết hợp với điện tử từ vùng HOMO PVK (hiện tượng oxy hóa), tạo lỗ trống Trang 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S HOMO Trong thực tế coi có mặt hạt TiO cấu trúc nanơ có tác dụng làm giảm bớt tần suất bắt lỗ trống điện tử bẫy (tạo khuyết tật) PVK Vì mẫu tổ hợp P.n.T, xác xuất phục hồi phát xạ exciton cao so với mẫu PVK Sự có mặt nc-TiO2 PVK rõ ràng làm tăng độ cách điện polymer, điện phát ngưỡng tăng lên, nhờ mà dịng điện ngược khống chế loại trừ Hình 3.1d: Sự hấp thụ PVK polymer Hình 3.1e: PL PVK polymer Trang 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S Quá trình hấp thu quang phổ PL PVK polymer PVK + TiO2 thể hình 3.1d 3.1e Trong hai trường hợp này, thấy việc thêm TiO2 vào bên PVK polymer làm suy giảm cường độ PL hấp thu linh kiện bước sóng khơng đổi cho q trình hấp thu đỉnh PL Với khối lượng PVK hỗn hợp PVK+ TiO2 chúng tơi thấy cường độ hoạt động linh kiện bị suy giảm Chúng tơi cải thiện hiệu suất lượng tử ánh sáng linh kiện thơng qua q trình hình thành lớp HTL nằm lớp điện cực lớp phát xạ Sự pha trộn hạt nano TiO2 với PVK làm giảm điện Voc đồng thời làm tăng hiệu suất Tuy nhiên, hòa trộn làm suy giảm cường độ hấp thu PL linh kiện b Tổ hợp PVK+nc-CdSe: 1400000 glass/PVK glass/PVK + CdSe 1200000 c-êng ®é (®vty) 1000000 800000 600000 400000 200000 350 400 450 500 550 600 650 700 750 B-íc sãng (nm) Hình 3.1f: Phổ quang huỳnh quang màng PVK PVK + CdSe Như trình bày trên, PVK khơng chất truyền dẫn ánh sáng mà chất phát quang [11,13] Tuy nhiên, màng mỏng PVK chế tạo với độ dày khống chế khoảng vài chục nm, PVK thực có Trang 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S khả ứng dụng công nghệ chế tạo linh kiện điện huỳnh quang hay diode phát sáng hữu (OLED) Khi ghép PVK ITO lớp phát quang, ví dụ MEH-PPV hiệu suất phát quang OLED tăng lên, điều giải thích q trình tái hợp điện tử lỗ trống diễn thuận lợi hơn, hiệu suất tái hợp phát quang cải thiện Trong OLED, màng mỏng PVK với kích cỡ nm đóng vai trị làm lớp truyền lỗ trống (HTL), PVK có mức HOMO gần với mức Fecmi lớp điện cực dẫn điện suốt ITO Có thể nhận thấy PVK có số ưu điểm sau: Màng PVK dễ chế tạo phương pháp bay chân không Độ truyền qua vùng khả kiến cao Cơng phù hợp với ITO Tuy nhiên, việc sử dụng PVK chất phát quang OLED chưa thật hiệu cường độ phát quang thấp, điện ngưỡng phát lại cao Khi pha tạp chất chứa iodine PVK trở thành chất phát quang vùng ánh sáng xanh Phổ huỳnh quang PVK trải rộng từ 350nm đến 600nm, có đỉnh bước sóng 410nm vai 385nm Do đó, để hiểu rõ hiệu ứng quang huỳnh quang tổ hợp cấu trúc nanơ, nhóm nghiên cứu chế tạo tổ hợp PVK với chấm lượng tử CdSe (xem hình 3.1f) Có thể đặt giả thiết rằng, chấm lượng tử CdSe/ZnS có tác dụng bẫy điện tử, điện tử kích thích lớp màng PVK bị rơi vào bẫy chấm lượng tử tạo tâm bắt điện tử, điện tử liên kết với lỗ trống mức HOMO tạo thành exciton chấm lượng tử, exciton tái hợp, xạ cách liên tục Vì vậy, điện tử lỗ trống giam giữ chấm lượng tử nên hiệu suất phát quang chúng tăng lên rõ rệt Tương tự kết [9,16] cường độ quang huỳnh quang mẫu tổ hợp tăng lên nhiều, lớn gấp lần so với mẫu PVK Tuy nhiên so với [12], đặc trưng I-V mẫu vừa chế tạo có điện ngưỡng thấp cường độ dòng điện thu cao nhiều Có hai mẫu diode khác dùng để khảo sát ảnh hưởng trình thực đến tính chất điện diode sau: Mẫu 1: ITO/PVK (sử dụng phương pháp quay phủ ly tâm)/Sn:Al Mẫu 2: ITO/PVK (sử dụng phương pháp bốc bay)/Sn:Al Trang 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S Lớp màng PVK đặt hai điện cực có cơng khác nhau, điện cực ITO có cơng lớn để tiêm lỗ trống điện cực Sn:Al có cơng thấp để tiêm điện tử vào lớp màng PVK Bây kết nối ITO với điện cực dương, Sn:Al nối với điện cực âm (phân cực thuận) cách sử dụng nguồn ADV@NTEK (model: P3030D) điều chỉnh mức điện áp cung cấp 10V phát ánh sáng màu xanh dương đậm Kết đo đặc trưng I-V diode thể hình 3.1g 3.1h Từ đồ thị nhận định: trình xử lý anode ITO dung dịch axit H3PO4 nâng cao thêm cơng cho điện cực ITO tạo tiếp xúc tốt ITO lớp màng PVK nên giá trị mở diode chế tạo phương pháp bốc bay thấp so với diode chế tạo phương pháp quay phủ ly tâm Giá trị mở cho diode chế tạo nhỏ, khoảng 5V cho diode chế tạo phương pháp bốc bay, khoảng 12V cho diode chế tạo phương pháp quay phủ ly tâm Giá trị mật độ dòng thu cho hai loại diode lớn, xấp xỉ 20mA/cm2 20 18 ITO/PVK/Sn:Al Mật độ dòng diện (mA/cm ) 16 14 12 10 0 10 12 14 16 18 20 §iƯn thÕ (V) Hình 3.1g: Đặc trưng I-V cấu trúc diode ITO/PVK/Al:Sn chế tạo phương pháp quay phủ ly tâm Trang 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S 0.016 0.014 ITO/PVK/Sn:Al; Mật độ dòng điện (A/cm ) 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 Điện áp (V) Hỡnh 3.1h: c trng I-V diode có cấu trúc ITO/PVK/Al:Sn chế tạo phương pháp bốc bay chân không Khi phân cực thuận, vùng điện tích khơng gian diode bị suy giảm nhanh làm giá trị điện trở lớp chuyển tiếp giảm nhanh điện phân cực với điện mở cho diode 3.2 Tổ hợp cấu trúc nano MEH-PPV + nc – TiO2: Hình 3.2a trình bày phổ Raman (RS) lớp MEH-PPV PVK Các đỉnh phổ hoàn toàn trùng hợp với đỉnh RS đặc trưng mẫu bột tương ứng MEH-PPV PVK Đó đỉnh số sóng (MEHPPV) 599, 965, 1113, 1283, 1310, 1582 1624 cm-1 Đối với PPV đỉnh RS đặc trưng thể số sóng 963, 1170, 1326, 1414, 1546, 1583 1624 cm-1 Trong đỉnh 1326 1624 cm-1 đặc trưng dao động nhóm vinylene, cịn đỉnh số sóng 1170, 1546 1583 cm-1 đặc trưng cho vịng thơm So sánh RS MEH-PPV PPV nhận thấy vòng thơm MEH-PPV bị thay đổi mạnh Điều làm cho MEH-PPV phát quang bước sóng khác tính chất phát quang khác hẳn so với PPV Polymer kết hợp kiểu MEH-PPV có đỉnh phổ phát quang ánh sáng vàng Trang 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S với bước sóng 590nm Như biết, PPV chất polymer dẫn phát vào năm 1990 nhà khoa học trường đại học Cambridge (do Bradley đứng đầu) phát hiệu ứng phát quang ánh sáng vàng- gần xanh với bước sóng 560nm Ta thấy rằng, cấu trúc vùng PVK gần với cấu trúc vùng polyphenylene vùng biên phân cách kiểu ITO/PVK PVK/MEHPPV hình thành gia tăng thêm lớp HTL nên làm tăng khả truyền lỗ trống từ ITO vào lớp phát quang OLED đa lớp Trong xét cấu trúc lượng MEH-PPV xem gần với PPV có cấu trúc thể trung gian polyacetylene polyphenylene, coi chúng polymer bị biến đổi tính chất từ acetylene benzene với độ rộng vùng cấm vào khoảng 2,4eV đến 2,7eV giá trị nằm độ rộng vùng cấm polyacetylene (1,4eV) polyphenylene (3,5eV) 1582 6000 Intensity (a.u.) 1310 MEH-PPV 4000 1238 599 965 1113 1624 2000 PVK 0 400 800 1200 1600 2000 -1 Wavenumber (cm ) Hình 3.2a: Phổ Raman màng MEH-PPV (trên) PVK chế tạo phương pháp quay ly tâm (dưới) Trang 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S Vai trò lớp HTL tạo lớp lót nằm ITO MEH-PPV có khả làm gia tăng vận chuyển lỗ trống từ anode Điều giải thích PVK có mức LUMO gần với vùng hóa trị ITO Trên hình 3.2b trình bày hai đường cong I-V hai loại linh kiện kể Từ hình thấy rõ linh kiện đa lớp có ngưỡng điện trường (hay điện thế) phát quang thấp hẳn so với linh kiện lớp Điều cho thấy vai trò lớp truyền lỗ trống PVK nghiên cứu thông qua khảo sát đặc trưng I-V linh kiện chế tạo từ lớp đa lớp với cấu trúc polymer 1.6 : ITO/PVK/MEH-PPV/Ag : ITO/MEH-PPV/Ag Current (mA/cm ) 1.2 0.8 0.4 0.0 -0.4 -20 -10 10 20 30 40 Electric field (MV/m) Hình 3.2b: Đặc trưng I-V diode có cấu trúc đa lớp ITO/PVK/MEHPPV/Ag ITO/MEH-PPV/Ag Tận dụng ưu loại vật liệu, hạt nano tinh thể TiO2 đưa vào tổ hợp với MEH-PPV để cải thiện tính chất điện quang huỳnh quang Cũng tổ hợp với PVK, nano tinh thể vô TiO2 , CdSe thường lựa chọn để tổ hợp với vật liệu phát quang polymer [8,9,10] Trang 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S 4.0x10 glass/MEH_PPV glass/MEH_PPV+TiO2 3.5x10 = 340 (nm) ex C-êng ®é (®vty) 3.0x10 2.5x10 2.0x10 1.5x10 1.0x10 5.0x10 0.0 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 B-íc sãng (nm) Hình 3.2c: Phổ huỳnh quang màng MEH-PPV MEH-PPV+TiO2 0.020 ITO/MEH-PPV+TiO2/Al ITO/MEH-PPV/Al Mật độ dòng điện (A/cm ) 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 §iƯn thÕ (V) Hình 3.2d: Đặc trưng I-V cấu trúc diode ITO/MEH-PPV/Al ITO/MEH-PPV+TiO2/Al Hình 3.2c 3.2d kết khảo sát phổ quang huỳnh quang đặc trưng I-V mẫu tổ hợp MEH-PPV +nc-TiO2 so với mẫu MEH-PPV chế tạo phương pháp quay phủ ly tâm Cơ chế quang huỳnh quang Trang 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết thảo luận LVTh.S tăng cường cải thiện đặc trưng I-V diode đưa hạt nano tinh thể TiO2 vào chất polymer phức tạp Chúng nhận thấy cường độ quang huỳnh quang mẫu tổ hợp tăng lên rõ rệt, cụ thể sau: tăng lên gấp lần so với mẫu MEH-PPV nhất, giá trị mở ( Umở ) giảm từ 3,6V (mẫu ITO/MEH-PPV/Al) xuống cịn 1,6V (mẫu ITO/MEH-PPV+TiO2/Al) Ở hình 3.2c, hai mẫu glass/MEH-PPV glass/MEH-PPV+ TiO2 có mức hoạt động gần tương đồng bước sóng 550nm Tuy nhiên, bước sóng tăng lên gần 590nm biên độ mẫu MEH-PPV+TiO2 vọt cao lần so với mẫu MEH-PPV, điều chứng tỏ khả phát sáng cao vùng tần số mẫu pha TiO2 Hình 3.2d có nhận định tương tự ảnh hưởng chất TiO2 thêm vào mẫu ITO/MEH-PPV So với mẫu mẫu pha TiO2 có xuất phát điểm điện nhanh (thế mở thấp hơn) điều có ý nghĩa đặc biệt sử dụng OLED với nguồn lượng dự trữ, ví dụ pin… thấy rằng, cần với điện áp khoảng 2,1V mẫu ITO/MEH-PPV+TiO2/Al có mật độ dịng điện 0,002A/cm2, mẫu ITO/MEH-PPV/Al muốn đạt giá trị mật độ dòng phải cung cấp mức tương ứng 3,1V Kết cho thấy tính chất điện, quang mẫu tổ hợp nâng cao đáng kể đưa hạt nano tinh thể TiO vào MEH-PPV Có thể cho hạt nano tinh thể TiO2 đóng vai trị chất xúc tác quang tử – chấm lượng tử cho trình sinh exciton tất tổ hợp polymer/ôxit Các vấn đề tiếp tục phần nghiên cứu Trang 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết Luận LVTh.S KẾT LUẬN Các vật liệu phát quang tổ hợp PVK có cấu trúc nano MEH-PPV+ TiO2 ủ nhiệt 180oC khoảng với áp suất 1.10-2 Torr Khi đưa hạt nano tinh thể TiO2 , CdSe vào lớp màng PVK, MEH-PPV tính chất quang huỳnh quang tổ hợp nano nâng cao từ 3,5 lần đến lần so với mẫu Từ hoạt động tiêm lỗ trống hạt điện tử phát sinh từ biên hạt nano ôxit/polymer vào vùng HOMO LUMO lớp phát quang để giải thích cho tượng hiệu ứng quang huỳnh quang gia tăng Dòng ngược phát sinh mẫu tổ hợp gần bị hạn chế đến mức thấp nhất, từ điện bắt đầu hoạt động diode sử dụng mẫu tổ hợp PVK+CdSe, MEH-PPV+TiO2 giảm xuống đáng kể Trang 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài Liệu Tham Khảo LVTh.S TÀI LIỆU THAM KHẢO M Pope, H P Kallmann and P Magnaute., J Chem Phys 38 (1963), 2002 Tang CW, VanSlyke SA, Appl Phys Lett 51(1987), 913±5 L.S Hung, C.W Tang, M.G Mason, Appl Phys Lett 70 (1997), 152 S Karg, M Meier, and W Riess, Journal of Applied Physics 82 (1997), pp 1951-1960 T P Nguyen, P Le Rendu, N N Dinh, Synthetic Metals 138 (2003),229 Zhong Zhi You, Jiang Ya Dong, Applied Surface Science 249 (2005), 271 Xinjun Xu, Gui Yu, Yunqi Liu, Daoben Zhu, Displays 27 (2006), 24 J L Zhao, J Y Zhang, C Y Jiang, J Bohhenberger, T Basche, and A Mews, J Appl Phys 96( 2004), 3206 S.H, et al , Composite: Part A 36 (2005), 509-513 10 Young Geun, et al, Synthetic Metals 153 (2005), 205-208 11 Hans Meier, „‟Organic Semiconductor’’, Wiley, NewYork, (1972) 12 I D Parker, J Appl Phys 75 (1994), 1656 13 C C Wu, J C Sturm, R A Register, J Tian, E P Dana, and M E Thompson, IEEE Trans Electron Devices 44 (1997) 1269 14 N N Dinh, V T Bich, N H Hoang, V N Quynh, N V Chanh, Phys Stat Sol.(a) 106 (1988), K.147 15 Nguyen Phuong Hoai Nam, Soon Wook Cha, Bong-Soo Kim, Seong-Ho Choi, Don Soo Choi, Jung-Il Jin, Synthetic Metals 130 (2002), 271–277 16 Nguyen Duy Tien, Yung woo Park, Chong Ho Park, (10/2004) „‟The effect of nanoparticles TiO2 in light emitting device made of polymer/ TiO2 composites’’, The second International Workshop on Nanophysics and nanotechnology (IWONN‟04), Hanoi, Vietnam 17 Myriam Beshay (May 8-2008), “Improving the Efficiency of Organic Light Emitting Diodes for Commercial Use” University of Southampton Trang 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... NANO LÂM MINH LONG NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VÔN-AMPE (I-V) PHỤ THUỘC CẤU TRÚC ĐA LỚP CỦA OLED Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nano (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN... thông số công nghệ chế tạo đến thông số đặc trưng diode phát quang hữu cơ, chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu đặc trưng vôn-ampe (I-V) phụ thuộc cấu trúc đa lớp OLED? ?? với mục tiêu cụ thể là: a) Về công... mỏng hình thành từ loại vật liệu khác Cấu trúc tổng quát OLED gồm có lớp màng mỏng lắng đọng đế Lớp điện cực cathode thường dùng vật liệu đặc trưng để chế tạo Mg:Ag Dưới lớp lớp truyền hạt điện tử