專利名稱：在頻域內測量有機半導體載流子遷移率的方法
技術領域：
本發明涉及一種測量有機半導體載流子遷移率的方法，它將評估1)有機半導體中電子的遷移率。2)有機半導體中空穴的遷移率。3)有機半導體遷移率隨電場強度的變化。4)設計有機半導體電子及發光器件時頻域參數的選擇。
背景技術：
在有機半導體器件中影響器件電學性能的關鍵參數就是載流子的正負、多少、遷移率。它的遷移率很低，約在10-2cm2/V.s之下，測遷移率已不能利用無機半導體中的霍爾測量方法。對有機半導體材料，一般是采用測定飛行時間的方法，它主要采用光脈沖產生載流子，以電場促成光生載流子的運動，在運動方向的末端測量信號出現的時間。這個方法很復雜，它需要兩個激發源一個是電流，另一個是光源，而且光激發區域要很窄，相當于空間脈沖，愈窄愈好，或者它的邊緣很銳，一般是用脈沖激光正面照射薄膜，靠有機半導體的吸收系數大、激發區域窄。它是引起測量誤差的主要來源，測出的數據還要作相當處理。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的光激發邊界不清楚的問題，提出了一個測量載流子遷移率的方法，設置一個發光探測區，使一種符號的載流子在探測區內只能進不能出，使另一種符號的載流子從另一面進入探測區，兩種載流子在探測區復合而發光。激發頻率變化時，激發時間短載流子達不到探測層不會發光，降低頻率測量出現發光時的頻率數值，即可測量和探測區相反極性的載流子的遷移率。這是針對載流子輸運性質的測量，但不是利用電學測量，而是用發光現象測量。
本發明的技術方案在頻域中測量有機半導體載流子遷移率的方法的步驟1.在頻域中測量有機半導體載流子遷移率的方法，該方法的步驟步驟1，制備測量電子遷移率的器件將清洗干凈的ITO玻璃在烘箱中干燥，然后在ITO玻璃上依次蒸發發光探測層，只傳輸電子且阻擋空穴的隔離層，待測層，A1電極；制備測量空穴遷移率的器件將清洗干凈的ITO玻璃在烘箱中干燥，然后在ITO玻璃上依次蒸發待測層，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層，發光探測層，A1電極；發光探測層的發光壽命小于10-8s，厚度小于20nm；步驟2，向器件上施加激發源，激發源為正弦、脈沖或方波交流電，激發頻率的帶寬在10Hz-108Hz之間；步驟3，從高頻開始測量并逐漸降低頻率直至出現發光，繼續降低頻率，發光變強，記錄實驗數據；步驟4，將所有實驗數據連線并延長與頻率軸相交，其交點的頻率值就是相應傳輸時間所對應的頻率，其倒數即載流子從電極輸運到發光探測層的時間；步驟5，根據μ=d2tVcm2/s.V,]]>導出待測材料的載流子遷移率，其中μ為載流子遷移率，d為薄膜的厚度，t是時間，V是跨越待測層的電位降。
本發明和現有技術相比的技術效果在現有技術中測量載流子遷移率時電場強度低于器件正常工作的電場強度，測量結果與實際情況有一定誤差，而本發明是在器件正常的工作電場強度下測量的，測量結果符合真實值。測試條件簡單，對實驗儀器沒有特殊的要求。
本發明的原理與依據發光是電子與空穴復合而產生的，探測層中的載流子遇到相反符號的載流子時，二者才能復合而發光，選擇這一探測層發光的壽命盡量短，Alq310-8s，PPV10-8s。這樣在脈沖激發下出現發光的時間就是電極到探測層電荷輸運時間加上探測層發光期間。后者遠小于前者，可以忽略。這樣脈沖半周的時間就全部用于載流子輸運，當頻率高時，載流子達不到探測層，就不發光。降低激發頻率，直至出現復合發光。繼續降低激發頻率，發光強度應該增強。把這些強度連線，外推到頻率軸，其交點就是載流子恰好跨越待測層所需時間對應的頻率值。
圖1測量電子遷移率的器件結構圖(器件1)圖2測量空穴遷移率的器件結構圖(器件2)圖3器件1的亮度隨激發頻率的變化規律圖4器件2的亮度隨激發頻率的變化規律具體實施方式
在頻域內測量有機半導體載流子遷移率的方法1.制備測量電子遷移率的器件，其結構見圖1。
將清洗干凈的ITO玻璃在烘箱中干燥，然后在ITO玻璃上依次生長發光探測層為空穴傳輸材料PVK的厚度12nm，只傳輸電子且阻擋空穴的隔離層BCP的厚度12nm，待測層Alq3的厚度60nm，蒸發A1電極。隔離層材料還可采用PBD或ZnS等。發光探測層還可是其他空穴傳輸材料MEH-PPV或PPV等。
制備測量空穴遷移率的器件，其結構見圖2；將清洗干凈的ITO玻璃在烘箱中干燥，然后在ITO玻璃上依次蒸發待測層MEH-PPV的厚度60nm，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層NPB的厚度12nm，發光探測層Alq3的厚度12nm，A1電極。隔離層材料還可采用PVK或PPV等。發光探測層還可以是其他電子傳輸材料PBD或ZnS等。
按照不同目的，制備可以測量電子、空穴的遷移率的器件，其中發光探測層材料的發光壽命小于10-8s，層厚小于20nm。
2.向器件上施加激發源，激發源為正弦、脈沖或方波交流電，激發頻率的帶寬在10Hz-108Hz之間；3.從高頻開始測量并逐漸降低頻率直至出現發光，繼續降低頻率，發光變強，找出發光亮度隨頻率的變化；4.將所有實驗數據連線并延長與頻率軸相交，其交點的頻率值就是相應傳輸時間所對應的頻率，其倒數即載流子從電極輸運到發光探測層的時間；5.根據μ=d2tV(cm2/s.V),]]>導出待測材料的載流子遷移率μ，其中μ為載流子遷移率，d為薄膜的厚度，t是時間，V是跨越待測層的電位降。
圖3是器件1的亮度隨激發頻率的變化規律根據μ=d2tV(cm2/s.V),]]>驅動電壓為8V，電荷跨越待測層所需時間t=12×131555,]]>計算出器件1中Alq3的電子遷移率是2.85×10-7(cm2/s.v)。
圖4器件2的亮度隨激發頻率的變化規律根據μ=d2tV(cm2/s.V),]]>待測層的厚度60nm，驅動電壓的大小為8V，電荷跨越待測層所需時間t=12×1227326,]]>計算出器件2中MEH-PPV的空穴遷移率是2.05×10-6(cm2/s.v)。
權利要求
1.在頻域中測量有機半導體載流子遷移率的方法，其特征是，該方法的步驟步驟1，制備測量電子遷移率的器件將清洗干凈的ITO玻璃在烘箱中干燥，然后在ITO玻璃上依次蒸發發光探測層，只傳輸電子且阻擋空穴的隔離層，待測層，Al電極；制備測量空穴遷移率的器件將清洗干凈的ITO玻璃在烘箱中干燥，然后在ITO玻璃上依次蒸發待測層，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層，發光探測層，Al電極；發光探測層的發光壽命小于10-8s，厚度小于20nm；步驟2，向器件上施加激發源，激發源為正弦、脈沖或方波交流電，激發頻率的帶寬在10Hz-108Hz之間；步驟3，從高頻開始測量并逐漸降低頻率直至出現發光，繼續降低頻率，發光變強，記錄實驗數據；步驟4，將所有實驗數據連線并延長與頻率軸相交，其交點的頻率值就是相應傳輸時間所對應的頻率，其倒數即載流子從電極輸運到發光探測層的時間；步驟5，根據μ=d2tVcm2/s.V,]]>導出待測材料的載流子遷移率，其中μ為載流子遷移率，d為薄膜的厚度，t是時間，V是跨越待測層的電位降。
2.根據權利要求1所述的在頻域中測量有機半導體載流子遷移率的方法，其特征是測電子遷移率時，發光探測層是空穴傳輸材料PVK、MEH-PPV或PPV，測空穴遷移率時，發光探測層是電子傳輸材料Alq3、PBD或ZnS。
3.根據權利要求1所述的在頻域中測量有機半導體載流子遷移率的方法，其特征是激發源還可采用交流方波電壓。
全文摘要
在頻域內測量有機半導體載流子遷移率的方法，制作一種符號載流子的發光壽命很短的(10
文檔編號G01N27/00GK1763554SQ20051008678
公開日2006年4月26日 申請日期2005年11月4日 優先權日2005年11月4日
發明者徐征, 張福俊, 趙謖玲, 徐敘瑢 申請人:北京交通大學