Hỡnh 3.2a trỡnh bày phổ Raman (RS) của 2 lớp MEH-PPV và PVK. Cỏc đỉnh phổ này hoàn toàn trựng hợp với cỏc đỉnh RS đặc trưng của cỏc mẫu bột tương ứng MEH-PPV và của PVK. Đú là cỏc đỉnh tại cỏc số súng (MEH- PPV) là 599, 965, 1113, 1283, 1310, 1582 và 1624 cm-1. Đối với PPV thỡ cỏc đỉnh RS đặc trưng thể hiện tại số súng 963, 1170, 1326, 1414, 1546, 1583 và 1624 cm-1. Trong đú cỏc đỉnh tại 1326 và 1624 cm-1
đặc trưng dao động của nhúm vinylene, cũn đỉnh tại số súng 1170, 1546 và 1583 cm-1 thỡ đặc trưng cho vũng thơm. So sỏnh RS của MEH-PPV và PPV cú thể nhận thấy vũng thơm trong MEH-PPV đó bị thay đổi mạnh. Điều này làm cho MEH-PPV phỏt quang ở bước súng khỏc và tớnh chất phỏt quang cũng khỏc hẳn so với
với bước súng là 590nm. Như đó biết, PPV là chất polymer dẫn được phỏt hiện vào năm 1990 do cỏc nhà khoa học tại trường đại học Cambridge (do Bradley đứng đầu) đó phỏt hiện ra hiệu ứng phỏt quang ỏnh sỏng vàng- gần xanh lỏ cõy với bước súng 560nm.
Ta thấy rằng, cấu trỳc vựng của PVK rất gần với cấu trỳc vựng của polyphenylene cho nờn vựng biờn phõn cỏch kiểu ITO/PVK và PVK/MEH- PPV hỡnh thành do được gia tăng thờm lớp HTL nờn đó làm tăng khả năng truyền lỗ trống từ ITO vào trong lớp phỏt quang của OLED đa lớp. Trong khi đú nếu xột về cấu trỳc năng lượng thỡ MEH-PPV cú thể xem như gần đỳng với PPV cú cấu trỳc như một thể trung gian giữa polyacetylene và polyphenylene, cho nờn cú thể coi chỳng như một polymer bị biến đổi tớnh chất từ acetylene và benzene với độ rộng vựng cấm vào khoảng 2,4eV đến 2,7eV giỏ trị nằm giữa độ rộng vựng cấm của polyacetylene (1,4eV) và polyphenylene (3,5eV). 0 400 800 1200 1600 2000 0 2000 4000 6000 PVK MEH-PPV 965 1624 1310 1113 1582 1238 599 Inte ns ity ( a.u .) Wavenumber (cm-1)
Hỡnh 3.2a: Phổ Raman của màng MEH-PPV (trờn) và PVK chế tạo bằng phương phỏp quay ly tõm (dưới).
Vai trũ của lớp HTL là tạo ra một lớp lút nằm giữa ITO và MEH-PPV cú khả năng làm gia tăng sự vận chuyển của lỗ trống từ anode. Điều này được giải thớch là do PVK cú mức LUMO gần với vựng húa trị của ITO.
Trờn hỡnh 3.2b trỡnh bày hai đường cong I-V của hai loại linh kiện kể trờn. Từ hỡnh này thấy rừ linh kiện đa lớp cú ngưỡng điện trường (hay điện thế) phỏt quang thấp hơn hẳn so với linh kiện một lớp. Điều này cho thấy vai trũ của lớp truyền lỗ trống PVK đó được nghiờn cứu thụng qua khảo sỏt đặc trưng I-V của cỏc linh kiện được chế tạo chỉ từ một lớp cho đến đa lớp với cấu trỳc polymer. -20 -10 0 10 20 30 40 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 : ITO/PVK/MEH-PPV/Ag : ITO/MEH-PPV/Ag Current (mA/cm 2 ) Electric field (MV/m)
Hỡnh 3.2b: Đặc trưng I-V của diode cú cấu trỳc đa lớp ITO/PVK/MEH- PPV/Ag và ITO/MEH-PPV/Ag.
Tận dụng ưu thế của mỗi loại vật liệu, cỏc hạt nano tinh thể TiO2 cũng được đưa vào tổ hợp với MEH-PPV để cải thiện cỏc tớnh chất điện và quang huỳnh quang. Cũng như trong tổ hợp với PVK, cỏc nano tinh thể vụ cơ như TiO2 , CdSe thường được lựa chọn để tổ hợp với cỏc vật liệu phỏt quang
450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 0.0 5.0x104 1.0x105 1.5x105 2.0x105 2.5x105 3.0x105 3.5x105 4.0x105 ex= 340 (nm) C -ờng độ (đvt y) B-ớc sóng (nm) glass/MEH_PPV glass/MEH_PPV+TiO2
Hỡnh 3.2c: Phổ huỳnh quang của màng MEH-PPV và MEH-PPV+TiO2
0 1 2 3 4 5 6 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 M ật đ ộ d ò n g đ iệ n ( A /c m 2 ) Điện thế (V) ITO/MEH-PPV+TiO2/Al ITO/MEH-PPV/Al
Hỡnh 3.2d: Đặc trưng I-V của cấu trỳc diode ITO/MEH-PPV/Al và
ITO/MEH-PPV+TiO2/Al
Hỡnh 3.2c và 3.2d là kết quả khảo sỏt phổ quang huỳnh quang và đặc trưng I-V của cỏc mẫu tổ hợp MEH-PPV +nc-TiO2 so với mẫu MEH-PPV thuần nhất chế tạo bằng phương phỏp quay phủ ly tõm. Cơ chế quang huỳnh quang
được tăng cường và cải thiện cỏc đặc trưng I-V của cỏc diode khi đưa cỏc hạt nano tinh thể TiO2 vào trong cỏc chất polymer là khỏ phức tạp. Chỳng tụi nhận thấy rằng cường độ quang huỳnh quang của mẫu tổ hợp tăng lờn rừ rệt, cụ thể như sau: tăng lờn gấp 6 lần so với mẫu MEH-PPV thuần nhất, giỏ trị thế mở ( Umở ) giảm từ 3,6V (mẫu ITO/MEH-PPV/Al) xuống cũn 1,6V (mẫu ITO/MEH-PPV+TiO2/Al). Ở hỡnh 3.2c, cả hai mẫu glass/MEH-PPV và
glass/MEH-PPV+ TiO2 cú mức hoạt động gần như tương đồng ở bước súng
550nm. Tuy nhiờn, khi bước súng tăng lờn gần 590nm thỡ biờn độ của mẫu
MEH-PPV+TiO2 vọt cao hơn 6 lần so với mẫu MEH-PPV, điều đú chứng tỏ
khả năng phỏt sỏng cao trong vựng tần số của mẫu pha TiO2. Hỡnh 3.2d cũng cú cỏc nhận định tương tự về ảnh hưởng của chất TiO2 khi thờm vào mẫu ITO/MEH-PPV. So với mẫu thuần nhất thỡ mẫu pha TiO2 cú xuất phỏt điểm về điện thế nhanh hơn (thế mở thấp hơn) điều này cú ý nghĩa đặc biệt khi sử dụng OLED với cỏc nguồn năng lượng dự trữ, vớ dụ như pin… chỳng ta thấy rằng, chỉ cần với điện ỏp khoảng 2,1V là mẫu ITO/MEH-PPV+TiO2/Al cú mật độ dũng điện là 0,002A/cm2, trong khi đú mẫu ITO/MEH-PPV/Al muốn đạt được giỏ trị mật độ dũng như vậy phải được cung cấp một mức thế tương ứng là 3,1V. Kết quả này cho thấy cỏc tớnh chất điện, quang của mẫu tổ hợp đó được nõng cao đỏng kể khi đưa cỏc hạt nano tinh thể TiO2 vào MEH-PPV. Cú thể cho rằng cỏc hạt nano tinh thể TiO2 đúng vai trũ như chất xỳc tỏc quang tử – chấm lượng tử cho quỏ trỡnh sinh exciton trong tất cả cỏc tổ hợp polymer/ụxit. Cỏc vấn đề này sẽ cũn được tiếp tục trong cỏc phần nghiờn cứu tiếp theo.
KẾT LUẬN
1. Cỏc vật liệu phỏt quang tổ hợp PVK cú cấu trỳc nano và MEH-PPV+
TiO2 được ủ nhiệt 180oC trong khoảng 1 giờ với ỏp suất là 1.10-2
Torr.
2. Khi đưa cỏc hạt nano tinh thể TiO2 , CdSe vào trong lớp màng PVK, MEH-PPV thỡ tớnh chất quang huỳnh quang của cỏc tổ hợp nano được nõng cao từ 3,5 lần đến 6 lần so với cỏc mẫu thuần nhất.
3. Từ hoạt động tiờm lỗ trống và cỏc hạt điện tử phỏt sinh từ cỏc biờn hạt nano ụxit/polymer vào trong vựng HOMO và LUMO của lớp phỏt quang để giải thớch cho hiện tượng hiệu ứng quang huỳnh quang gia tăng.
4. Dũng ngược phỏt sinh trong cỏc mẫu tổ hợp gần như bị hạn chế đến mức thấp nhất, từ đú điện thế bắt đầu hoạt động của cỏc diode sử dụng mẫu tổ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. M. Pope, H. P. Kallmann and P. Magnaute., J. Chem. Phys. 38 (1963), 2002.
2. Tang CW, VanSlyke SA, Appl Phys Lett. 51(1987), 913±5.
3. L.S. Hung, C.W. Tang, M.G. Mason, Appl. Phys. Lett. 70 (1997), 152. 4. S. Karg, M. Meier, and W. Riess, Journal of Applied Physics. 82 (1997), pp. 1951-1960.
5. T. P. Nguyen, P. Le Rendu, N. N. Dinh, Synthetic Metals. 138 (2003),229 6. Zhong Zhi You, Jiang Ya Dong, Applied Surface Science. 249 (2005), 271 7. Xinjun Xu, Gui Yu, Yunqi Liu, Daoben Zhu, Displays. 27 (2006), 24
8. J. L. Zhao, J. Y. Zhang, C. Y. Jiang, J. Bohhenberger, T. Basche, and A. Mews, J. Appl. Phys. 96( 2004), 3206.
9. 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.