Kết quả và thảo luận
3.2.1. Tổ hợp PVK+nc-TiO
Để làm rõ vai trò của vật liệu tổ hợp chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đồng thời các vật liệu polymer thuần nhất trong đó có PVK và PVK + nc- TiO2.
Hình 3.9 là phổ tán xạ Raman (RS) của màng mỏng PVK chế tạo đ−ợc. Nhận thấy rằng so với các dải RS đặc tr−ng của mẫu tinh thể thì màng nhận đ−ợc cũng thể hiện các dải 0 300 600 900 1200 1500 1800 0 100 200 300 400 500 2 1 1): PVK poder 2): PVK/ITO thin film
Inten s it y (a.u.) W avenumber (cm-1) Hình 3.9: Phổ tán xạ Raman của PVK dạng bột và màng mỏng
cơ bản này đối với các mẫu chế tạo bằng cả hai ph−ơng pháp (bốc bay chân không – ph−ơng pháp vật lý và quay phủ ly tâm). Tuy nhiên trong ph−ơng pháp vật lý, bề dày của màng có thể khống chế đến 10 nm dễ dàng hơn so với ph−ơng pháp quay ly tâm. Trái lại ph−ơng pháp quay ly tâm hay ph−ơng pháp hoá học nói chung có rất nhiều −u điểm, ví dụ nh− chúng th−ờng cho kết quả tốt hơn về cấu trúc polymer, bởi vì các
cầu liên kết trong chuỗi polymer không bị “bẻ gẫy” nh− trong ph−ơng pháp bốc bay và bằng ph−ơng pháp quay ly tâm còn có thể chế tạo tổ hợp cấu trúc nanô của polymer và các chất vô cơ.
Phổ PL của hai loại mẫu PVK/ITO và PNT/ITO đ−ợc trình bày trên hình 3.10. Có thể thấy rất rõ, sự khác nhau của phổ PL giữa hai loại mẫu thể hiện ở hai đặc điểm: thứ nhất là đỉnh phổ của PNT dịch về phía sóng ngắn, thứ hai là c−ờng độ PL của mẫu tổ hợp lớn hơn đáng kể so với c−ờng độ PL của mẫu PVK thuần nhất. So sánh một cách
t−ơng đối, tỷ số các c−ờng độ PL (IPNT/IPVK) đạt giá trị cao đến 3,5 lần. Đặc tr−ng IV của hai loại mẫu này, d−ờng nh− lại thể hiện theo chiều h−ớng không mong muốn: điện thế ng−ỡng (phát quang) của mẫu tổ hợp lớn hơn điện thế ng−ỡng của polymer thuần nhất (hình 3.11).Tuy nhiên, cũng dễ nhận thấy c−ờng độ dòng ng−ợc của OLED-PNT hầu
nh− không tăng (và gần bằng không) cho đến khi điện thế đạt đ−ợc giá trị ng−ỡng. Trong khi đó c−òng độ dòng ng−ợc của cấu trúc OLED-PVK dù khá
4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 00 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 2 1 1 ) - P V K 2 ) - T ổ h ợ p C − ờn g độ (a .u .) B−ớ c s ó n g ( n m ) Hình3.10:Phổ huỳnh quang của mẫu quay phủ ly tâm PVK/ITO (1) và tổ hợp PNT/ITO (2) 0 2 4 6 8 1 0 0 . 0 0 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 0 . 0 2 5 2 1 D òng (mA) Đ i ệ n t h ế ( V ) 1 ) - P V K 2 ) - P N T Hình 3.11: Đặc tr−ng IV của OLED PVK/ITO (1) và tổ hợp PNT/ITO (2)
Hình 3.12: Sơ đồ mô tả tiếp xúc giữa chất bán dẫn vùng cấm rộng tr−ớc (a) và trong khi chiếu tia laser (b−ớc sóng 337,1 nm) đối với vật liệu tổ hợp PVK/TiO2 cấu trúc nanô
nhỏ, nh−ng lại tăng một cách tuyến tính ngay từ khi áp đặt điện tr−ờng. Sự xuất hiện dòng ng−ợc và c−ờng độ dòng này tăng tuyến tính theo điện thế nh− trên chứng tỏ dòng ng−ợc đã xuất hiện trong linh kiện - một tác nhân làm giảm đáng kể hiệu suất l−ợng tử và gây h− hỏng nhanh đối với linh kiện.
Để giải thích các kết quả nhận đ−ợc, chúng tôi đ−a ra mô hình cấu tạo của tổ hợp d−ới dạng tập hợp
các tiếp xúc ôxyt/polymer, trong đó TiO2 đ−ợc coi là chất bán dẫn loại n vùng cấm rộng (cỡ 3,6 eV) và PVK có độ rộng vùng cấm (khe năng l−ợng phân cách hai mức LUMO và HOMO) cũng nằm trong khoảng 3,2 eV, hơn nữa
khi cùng so với mức chân không thì mức LUMO của PVK cao hơn mức vùng dẫn của TiO2. Do đó tại biên phân cách (BPC) TiO2/polymer xuất hiện vùng điện tích không gian, giống nh− hàng rào Shottky, sơ đồ năng l−ợng của các BPC tr−ớc và trong khi kích thích tia laser đ−ợc trình bày trên hình 3.12. Khi các BPC đ−ợc kích thích bằng chùm tia laser đủ ngắn (λ = 337,1nm) trong nền PVK sinh ra cặp điện tử - lỗ trống (exciton), tái hợp exciton tạo ra ánh sáng. Còn trong TiO2 điện tử trên vùng hoá trị có thể nhảy lên vùng dẫn, tạo ra lỗ trống ở vùng hoá trị và trên vùng dẫn đ−ợc bổ sung thêm điện tử. Do đó độ cong của rào Shottky đ−ợc hạ thấp xuống, điện tử từ vùng dẫn của TiO2 có thể “khuếch tán” sang vùng LUMO của PVK, trong khi đó lỗ trống ở vùng hoá trị của TiO2 kết hợp với điện tử từ vùng HOMO của PVK (hiện t−ợng ôxy hoá), tạo ra lỗ trống trong HOMO. Trên thực tế cũng có thể coi sự có mặt của nanô TiO2 có tác dụng giảm bớt tần suất bắt lỗ trống và điện tử của các bẫy (khuyết
exciton cao hơn trong mẫu PVK thuần nhất. Sự có mặt của nc-TiO2 trong PVK rõ ràng làm tăng độ cách điện của polymer, do đó điện thế ng−ỡng phát tăng lên, tuy nhiên nhờ vậy mà dòng điện ng−ợc cũng đ−ợc khống chế và loại trừ.