簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 鄭宇真
Cheng, Yu-Chen
論文名稱： 緩衝材料在薄膜電傳輸性質及有機發光二極體光電特性之研究
The researches on the thin film electrical transport properties and the optoelectric characteristics of the OLEDs with different buffer materials
指導教授： 朱聖緣
Chu, Sheng-Yuan
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 92
中文關鍵詞： 電洞注入 、緩衝 、有機電激發光二極體
外文關鍵詞： OLED
相關次數： 點閱：61  下載：1 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 緩衝層及電洞注入層能改善有機材料ITO電極表面附著不平整之問題，使電洞注入效能提升，讓更多電洞、電子能夠在有機發光層內產生再結合放光現象，進而達到元件低驅動電壓與高亮度率等優點。因此本研究嘗試使用Ni(tmdbta) 和ZnF2製作緩衝層及電洞注入層之有機發光二極體元件。
    本論文主要分為兩大部分，第一部份為研究Ni(tmdbta)薄膜不同膜厚及摻雜濃度和ZnF2薄膜依不同厚度對元件的影響。第二部分為探討以真空熱蒸鍍的方式，將電洞注入層薄膜將其製成簡單的三明治結構做直流電特性量測及阻抗分析，研究其電荷注入和傳輸機制。
    由實驗結果發現： HOMO值在ITO電極費米能階和NPB的HOMO值之間的Ni(tmdbta)分子可改善電洞注入效率；金屬氧化物緩衝層功函數大於NPB的HOMO值且高親水性可有效降低元件驅動電壓。

    Since the buffer layer and the hole-injection layer can improve the interface roughness problem between the organic materials and the ITO electrode. They also increase the hole-injection efficiency for mole hole-electron to recombine and emit photons in the organic emission layer, and achieve the goals for making OLEDs devices with low driving voltage. In this study, we use the Ni(tmdbta) and ZnF thin film as the hole-injection layer and buffer layer in the OLEDs devices by of thermal evaporation method.
    In the first phase of this search, we deposited Ni(tmdbta) or ZnF2 thin film with different thickness as hole injection layer and buffer layer to investigate the characteristics of the OLEDs. We also studied the hole injection and impedance analysis and optical- electrical characteristics of the sample with sandwich structure (ITO/ Ni(tmdbta) or ZnF2/cathode).
    In this study, we found Ni(TMDBAA)’s HOMO between ITO’s EF and NPB’s HOMO, hole-injecting efficiency can be improved; As we chose metal oxide and their work functions are bigger than HOMO of NPB, they could be used for lowering the driving voltage.

    第一章 緒論 11 1.1前言 11 1.2 電洞注入緩衝層之文獻回顧 12 1.3實驗動機 14 第二章 理論基礎 16 2.1 螢光理論 16 2.2 有機發光二極體的發光原理 18 2.3 元件電流限制 19 2.3.1 電荷注入 19 2.3.2 電荷傳播 21 2.4 有機發光二極體的結構 28 2.5 有機發光二極體材料 28 2.5.1 電洞注入與緩衝層材料 29 2.5.2 電洞傳輸材料 30 2.5.3 電子輸材料及發光層主體材料 30 2.5.4 發光層客體材料 31 2.5.5 電極 32 第三章 實驗步驟與方法 34 3.1 有機電激發光元件製程分類 34 3.2 真空熱蒸鍍系統設備(Thermal evaporation system) 34 3.3 實驗材料 35 3.4 ITO基板前處理之實驗步驟 36 3.5真空蒸鍍之實驗步驟 37 3.6單體沉積速率之測定 38 3.7有機化合物Ni(TMDBTA)及ZnF2SEM和AFM分析 38 3.8 OLED單層、多層元件之電流、電壓與亮度關係曲線圖量測 39 3.9薄膜表面化學分析 39 第四章 結果與討論 41 4.1 Ni(TMDBTA)對元件影響與薄膜分析 41 4.1.1 Ni(TMDBTA)對元件電洞注入與傳輸特性的探討 41 4.1.1.1 Ni(TMDBTA)電洞注入層厚度對元件特性的影響 41 4.1.1.2 NPB: organic電洞注入傳輸層摻雜濃度的影響 42 4.1.2熱蒸鍍有機材料Ni(tmdbta)薄膜分析 44 4.1.2.1 AC2功函數之量測 44 4.1.2.2 有機材料Ni(TMDBTA)穿透率分析 45 4.1.2.3 SEM表面結構與剖面分析 45 4.1.2.4 AFM表面結構分析 45 4.1.3 Ni(tmdbta)單電洞元件電性探討 46 4.1.3.1 Ni(tmdbta)單電洞元件等效電路探討 46 4.1.3.2 Ni(tmdbta)單電洞元件電流密度探討 47 4.2金屬化合物緩衝層對元件的探討 47 4.2.1 48 4.2.1.1 ZnF２不同膜厚作為緩衝層對元件的影響 48 4.2.1.2 ZnF2不同膜厚經UV-ozone處理作為緩衝層對元件的影響 49 4.2.2 50 4.2.2.1 接觸角量測 50 4.2.2.2 XPS組成成份分析 50 4.2.2.3 AC-2功函數之量測 51 4.2.2.4 SEM表面結構與剖面分析 52 4.2.2.5 AFM表面結構分析 52 4.3金屬化合物ZnF2作為電子注入層對元件的探討 52 第五章 結論與未來展望 54 5.1 結論 54 5.2 未來展望 55 參考文獻 56 表目錄 表4-1 O元素與金屬鍵結能表 91 表4-2 F元素與金屬鍵結能表 91 圖目錄 圖1-1.. 60 圖1-2 60 圖1-3 60 圖2-1 Jablonski能階圖 61 圖2-2 單項與三重激發態 61 圖2-3 電子在有機半導體的傳遞方式 62 圖2-4 有機半導體能階 62 圖2-5 有機發光二極體元件結構 62 圖2-6 63 圖3-1 小分子型元件製程單元簡易流稱圖 64 圖3-2 真空蒸鍍系統 65 圖4-1 Ni(tmdbta)作為電洞注入層 元件結構圖 66 圖4-2 Ni(tmdbta)作為電洞注入層 元件能帶圖 66 圖4-3 Ni(tmdbta)作為電洞注入層 電流密度-電壓特性圖 67 圖4-4 Ni(tmdbta)作為電洞注入層 亮度-電壓特性圖 67 圖4-5 Ni(tmdbta)作為電洞注入層 起始電壓比較圖 68 圖4-6 Ni(tmdbta)作為電洞注入傳輸層 元件結構圖 68 圖4-7 NPB: Ni(tmdbta) 作為電洞注入傳輸層元件能帶圖 69 圖4-8 NPB: Ni(tmdbta)為電洞注入傳輸層 電流密度-電壓特性圖 69 圖4-9 NPB: Ni(tmdbta) 作為電洞注入傳輸層 亮度-電壓特性圖 70 圖4-10 NPB: Ni(tmdbta)作為電洞注入傳輸層 起始電壓比較圖 70 圖4-11 NPB: Ni(tmdbta)作為電洞注入傳輸層 與Ni(tmdbta)作為電洞注入傳輸層 電特性比較圖 71 圖4-12 NPB: Ni(tmdbta)作為電洞注入傳輸層 與Ni(tmdbta)作為電洞注入傳輸層 光特性比較圖 71 圖4-13 Ni(tmdbta)穿透率圖 72 圖4-14 Ni(tmdbta)SEM俯視圖 72 圖4-15 Ni(tmdbta) SEM剖面圖 73 圖4-16 Ni(tmdbta)表面AFM圖 73 圖4-17單電洞元件結構圖 74 圖4-18 Ni(tmdbta)單電洞元件　電阻對頻率變化圖 74 圖4-19 Ni(tmdbta)單電洞元件　電抗對頻率變化圖 75 圖4-20 Ni(tmdbta)單電洞元件Cole-Cole　圖 75 圖4-21 Ni(tmdbta)單電洞元件等效電路之電阻模擬與量測比較圖 76 圖4-22 Ni(tmdbta)單電洞元件等效電路之電抗模擬與量測比較圖 76 圖4-23電阻－電容並聯　等效電路圖 77 圖4-24 單電洞元件能帶圖 77 圖4-25 單電洞元件電流－電壓特性圖 78 圖4-26 單電洞元件　電流－正電壓特性圖 78 圖4-27 ZnF2為緩衝層 元件結構圖 79 圖4-28 ZnF2為緩衝層 能帶圖 79 圖4-29 ZnF2為緩衝層 電流密度-電壓 特性圖 80 圖4-30 ZnF2為緩衝層 亮度-電壓 特性圖 80 圖4-31 ZnF2 UV-ozone為緩衝層 電流密度-電壓 特性圖 81 圖4-32 ZnF2 UV-ozone為緩衝層 亮度-電壓 特性圖 81 圖4-33 ZnF2為緩衝層是否經UV-ozone 亮度-電壓 特性比較圖 82 圖4-34 ZnF2為緩衝層是否經UV-ozone 起始電壓比較圖 82 圖4-35 ITO 接觸角 Θ=53.6 83 圖4-36 ZnF2 (UV) 接觸角 Θ= 5.9 83 圖4-37 ZnF2 (noUV) 接觸角 Θ=50.4 84 圖4-38 ITO玻璃 O元素XPS圖 84 圖4-39 ZnF2薄膜 O元素XPS圖 85 圖4-40 ZnF2薄膜UV-ozone 處理 O元素XPS圖 85 圖4-41 ZnF2薄膜 F元素XPS圖 86 圖4-42 ZnF2薄膜UV-ozone 處理 F元素XPS圖 86 圖4-43 ZnF2 SEM圖 87 圖4-44 ZnF2剖面圖 87 圖4-45 ZnF2 UV-ozone處理後表面AFM圖 88 圖4-46 ZnF2表面AFM圖 88 圖4-47 ZnF2為陰極緩衝層 元件結構圖 89 圖4-48 ZnF2陰極緩衝層 電流密度-電壓 特性圖 89 圖4-49 ZnF2 陰極緩衝層 亮度-電壓 特性圖 90 圖4-50 ZnF2 陰極緩衝層 起始電壓比較圖 90

    [1] M. Pope, H. Kallmann, P. Magnante, J. Chem. Phys. 38 , p.2024(1963).
    [2] J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks,
    K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns, and A. B. Holmes, Nature,347 ,p.539 (1990).
    [3] Y. Ohmore, and K. YoShino, Jap. J. Appl. Phys. 30, p.L938(1991).
    [4] Y. Ohmore, and K. YoShino, Jap. J. Appl. Phys. 30, p.L941(1991).
    [5] C. Adachi, T. Tsutsui, and S. Saito, Appl. Phys. Lett. 57, p.531 (1990).
    [6] S. A. Van Slyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, Appl. Phys. Lett.69,p.2160 (1996).
    [7]H. You, Y. Dai, Z. Z. Zhang, and D. Ma, J. Appl. Phys.101,p.026105 (2007).
    [8]J. Moon, J. Bae, J. Jeong, S Jeong, N. Park, H. Kim, J. Appl. 90,p.163516 (2007)
    [9]S. Sohn, K. Park, D. Jung, H. Kim, H. Chae, Jap. J. Appl. Phys. 46, p.L461 (2007).
    [10] D. A. Neamen, Semiconductor Physics & Devices, 2nd Ed., p. 319.
    [11] S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, New York,1981).
    [12] E. H. Rhoderick and R. H. Williams, Metal-Semiconductor-Contacts (Clarendon, Oxford, 1988).
    [13] A. J. Champbell and D. D. C. Bradley, J. Appl. Phys. 86, p.5004(1999).
    [14] I. H. Campbell, P. S. Davids, D. L. Smith, N. N. Barashkov,and J. P. Ferraris, Appl. Phys. Lett. 72, p.1863 (1998).
    [15] P. S. Davids, I. H. Campell, and D. L. Smith, J. Appl. Phys.82, p.6319 (1997).
    [16] R. H. Fowler and L. Nordheim, Proc. R. Soc. London Ser. A 119, p.173 (1928).
    [17] Y. Yang and A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett. 64, p.1245 (1994).
    [18] Y. Yang, E. Westerweele, C. Zhang, P. Smith, and A. J. Heeger,J. Appl. Phys. 77, p.694 (1995).
    [19] H. Vestweber, J. Pommerehne, R. Sander, R. F. Mahrt, A. Greiner, W. Heitz, and H. Bssler, Synth. Met. 68, p.263 (1995).
    [20] P. S. Davids, S. M. Kogan, I. D. Parker, and D. L. Smith, Appl. Phys. Lett. 69, p.2270 (1996).
    [21] D. V. Khramtchenkov, H. Bssler, and V. I. Arkhipov, J. Appl. Phys. 79, p.9283 (1996).
    [22] D. J. Pinner, R. H. Friend, and N. Tessler, J. Appl. Phys. 86, p.5116 (1999).
    [23] P. E. Burrows, Z. Shen, V. Bulovic, D. M. McCarty, S. R. Forrest, J. A. Cronin, and M. E. Thompson, J. Appl. Phys. 79, p.7991 (1996).
    [24] S. Karg, M. Meier, and W. Riess, J. Appl. Phys. 82, p.1951 (1997).
    [25] A. J. Champbell, D. D. C. Bradley, and D. G. Lidzey, J. Appl.Phys. 82, p.6326 (1997).
    [26] M. Dongge, I. A. Hmmelgen, B. Hu, and F. E. Karasz, J. Appl.Phys. 86, p.3181 (1999).
    [27] Y. He and J. Kanicki, Appl. Phys. Lett. 76, p.661 (2000).
    [28] D. Ma, I. A. Hmmelgen, X. Jing, Z. Hong, L. Wang, X. Zhao, F. Wang, and F. E. Karasz, J. Appl. Phys. 87, 312 (2000).
    [29] K. C. Kao, W. Hwang, Electrical Transport in Solids (Pergamon, Oxford, 1981).
    [30] N. F. Mott and R. W. Gurney, Electronic Process in Ionic Crystals (Dover Publication, New York, 1940).
    [31] W. Helfrich, Physics and Chemistry of the Organic Solid State 3, p.1 (1967).
    [32] M. A. Lambert and P. Marks, Current Injection in Solids (Academic, New York, 1970).
    [33] H. C. F. Martens, J. N. Huiberts, and P.W. M. Blom, Appl. Phys. Lett. 77, p.1852 (2000).
    [34] P. W. M. Blom and M. C. J. M. Vissenberg, Mat. Sci. & Eng. 27, p.53 (2000).
    [35] P. W. M. Blom, H. C. F. Martens, and J. N. Huiberts, Synth. Met. 121, p.1621 (2001).
    [36] I. H. Campbell, D. L. Smith, C. J. Neef, and J. P. Ferraris,Appl. Phys. Lett. 74, p.2809 (1999).
    [37] J. C. Scott, P. J. Brock, J. R. Salem, S. Ramos, G. G. Mallianras, S. A. Carter, and L. Bozano, Synth. Met. 111-112, P.289 (2000).
    [38] K. Unger, Phys. Stat, Sol. 2, p.1279 (1962).
    [39] J. G. Simmons and M. C. Tam, Phys. Rev. B 7, p.3706 (1973).
    [40] G. P. Owen, J. Sworakowski, J. M. Thomas, D. F. Williams, and J. O. Williams, J. Chem. Soc. Faraday II 70, p.853 (1974).
    [41] A. J. Campbell, M. S. Weaver, D. G. Lidzey, and D. D. C. Bradley, J. Appl. Phys. 84, p.6737 (1998).
    [42] M. Koehler, and I. A. Hmmelgen, J. Appl. Phys. 87, p.3074 (2000).
    [43] S. B. Lee, K. Yoshino, J. Y. Park, and Y. W. Park, Phys. Rev. B 61, p.2151 (2000).
    [44] C. C. Wu, J. K. M. Chun, P. E. Burrows, J. C. Sturm, M. E.Thompson, S. R. Forrest, and R. A. Register, Appl. Phys. Lett.66, p.653 (1995).
    [45] G. Y. Jung, C. Pearson, L. E. Horsburgh, I. D. Samuel, A. P.Monkman, and M. C. Petty, J. Phys. D: Appl. Phys. 33, p.1029 (2000).
    [46]L.S. Hung, L.R. Zheng, Appl. Phys. Lett.78, p.679 (2001).
    [47]Y.Qiu, Y. Gao, L. Wang, Synth Met., 130, p.235 (2002)
    [48]Z. B. Deng, X. M. Ding, S.T. Lee, Appl. Phys. Lett.74, p.2222(1999).
    [49]C. H. Chen, C. W. Tang, J. Shi, Thin Solid Films, 363, p.327 (2000)

    下載圖示 校內：2010-08-01公開
    校外：2010-08-01公開
    QR CODE