專利名稱：在頻域內(nèi)測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，它將評(píng)估1)有機(jī)半導(dǎo)體中電子的遷移率。2)有機(jī)半導(dǎo)體中空穴的遷移率。3)有機(jī)半導(dǎo)體遷移率隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化。4)設(shè)計(jì)有機(jī)半導(dǎo)體電子及發(fā)光器件時(shí)頻域參數(shù)的選擇。
背景技術(shù)：
在有機(jī)半導(dǎo)體器件中影響器件電學(xué)性能的關(guān)鍵參數(shù)就是載流子的正負(fù)、多少、遷移率。它的遷移率很低，約在10-2cm2/V.s之下，測(cè)遷移率已不能利用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中的霍爾測(cè)量方法。對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料，一般是采用測(cè)定飛行時(shí)間的方法，它主要采用光脈沖產(chǎn)生載流子，以電場(chǎng)促成光生載流子的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)方向的末端測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間。這個(gè)方法很復(fù)雜，它需要兩個(gè)激發(fā)源一個(gè)是電流，另一個(gè)是光源，而且光激發(fā)區(qū)域要很窄，相當(dāng)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(jī)半導(dǎo)體的吸收系數(shù)大、激發(fā)區(qū)域窄。它是引起測(cè)量誤差的主要來(lái)源，測(cè)出的數(shù)據(jù)還要作相當(dāng)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的光激發(fā)邊界不清楚的問(wèn)題，提出了一個(gè)測(cè)量載流子遷移率的方法，設(shè)置一個(gè)發(fā)光探測(cè)區(qū)，使一種符號(hào)的載流子在探測(cè)區(qū)內(nèi)只能進(jìn)不能出，使另一種符號(hào)的載流子從另一面進(jìn)入探測(cè)區(qū)，兩種載流子在探測(cè)區(qū)復(fù)合而發(fā)光。激發(fā)頻率變化時(shí)，激發(fā)時(shí)間短載流子達(dá)不到探測(cè)層不會(huì)發(fā)光，降低頻率測(cè)量出現(xiàn)發(fā)光時(shí)的頻率數(shù)值，即可測(cè)量和探測(cè)區(qū)相反極性的載流子的遷移率。這是針對(duì)載流子輸運(yùn)性質(zhì)的測(cè)量，但不是利用電學(xué)測(cè)量，而是用發(fā)光現(xiàn)象測(cè)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案在頻域中測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法的步驟1.在頻域中測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，該方法的步驟步驟1，制備測(cè)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(fā)發(fā)光探測(cè)層，只傳輸電子且阻擋空穴的隔離層，待測(cè)層，A1電極；制備測(cè)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(fā)待測(cè)層，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層，發(fā)光探測(cè)層，A1電極；發(fā)光探測(cè)層的發(fā)光壽命小于10-8s，厚度小于20nm；步驟2，向器件上施加激發(fā)源，激發(fā)源為正弦、脈沖或方波交流電，激發(fā)頻率的帶寬在10Hz-108Hz之間；步驟3，從高頻開(kāi)始測(cè)量并逐漸降低頻率直至出現(xiàn)發(fā)光，繼續(xù)降低頻率，發(fā)光變強(qiáng)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；步驟4，將所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)連線并延長(zhǎng)與頻率軸相交，其交點(diǎn)的頻率值就是相應(yīng)傳輸時(shí)間所對(duì)應(yīng)的頻率，其倒數(shù)即載流子從電極輸運(yùn)到發(fā)光探測(cè)層的時(shí)間；步驟5，根據(jù)μ=d2tVcm2/s.V,]]>導(dǎo)出待測(cè)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(shí)間，V是跨越待測(cè)層的電位降。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的技術(shù)效果在現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量載流子遷移率時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度低于器件正常工作的電場(chǎng)強(qiáng)度，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況有一定誤差，而本發(fā)明是在器件正常的工作電場(chǎng)強(qiáng)度下測(cè)量的，測(cè)量結(jié)果符合真實(shí)值。測(cè)試條件簡(jiǎn)單，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器沒(méi)有特殊的要求。
本發(fā)明的原理與依據(jù)發(fā)光是電子與空穴復(fù)合而產(chǎn)生的，探測(cè)層中的載流子遇到相反符號(hào)的載流子時(shí)，二者才能復(fù)合而發(fā)光，選擇這一探測(cè)層發(fā)光的壽命盡量短，Alq310-8s，PPV10-8s。這樣在脈沖激發(fā)下出現(xiàn)發(fā)光的時(shí)間就是電極到探測(cè)層電荷輸運(yùn)時(shí)間加上探測(cè)層發(fā)光期間。后者遠(yuǎn)小于前者，可以忽略。這樣脈沖半周的時(shí)間就全部用于載流子輸運(yùn)，當(dāng)頻率高時(shí)，載流子達(dá)不到探測(cè)層，就不發(fā)光。降低激發(fā)頻率，直至出現(xiàn)復(fù)合發(fā)光。繼續(xù)降低激發(fā)頻率，發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)該增強(qiáng)。把這些強(qiáng)度連線，外推到頻率軸，其交點(diǎn)就是載流子恰好跨越待測(cè)層所需時(shí)間對(duì)應(yīng)的頻率值。


圖1測(cè)量電子遷移率的器件結(jié)構(gòu)圖(器件1)圖2測(cè)量空穴遷移率的器件結(jié)構(gòu)圖(器件2)圖3器件1的亮度隨激發(fā)頻率的變化規(guī)律圖4器件2的亮度隨激發(fā)頻率的變化規(guī)律具體實(shí)施方式
在頻域內(nèi)測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法1.制備測(cè)量電子遷移率的器件，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(zhǎng)發(fā)光探測(cè)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(cè)層Alq3的厚度60nm，蒸發(fā)A1電極。隔離層材料還可采用PBD或ZnS等。發(fā)光探測(cè)層還可是其他空穴傳輸材料MEH-PPV或PPV等。
制備測(cè)量空穴遷移率的器件，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(fā)待測(cè)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(fā)光探測(cè)層Alq3的厚度12nm，A1電極。隔離層材料還可采用PVK或PPV等。發(fā)光探測(cè)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(cè)量電子、空穴的遷移率的器件，其中發(fā)光探測(cè)層材料的發(fā)光壽命小于10-8s，層厚小于20nm。
2.向器件上施加激發(fā)源，激發(fā)源為正弦、脈沖或方波交流電，激發(fā)頻率的帶寬在10Hz-108Hz之間；3.從高頻開(kāi)始測(cè)量并逐漸降低頻率直至出現(xiàn)發(fā)光，繼續(xù)降低頻率，發(fā)光變強(qiáng)，找出發(fā)光亮度隨頻率的變化；4.將所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)連線并延長(zhǎng)與頻率軸相交，其交點(diǎn)的頻率值就是相應(yīng)傳輸時(shí)間所對(duì)應(yīng)的頻率，其倒數(shù)即載流子從電極輸運(yùn)到發(fā)光探測(cè)層的時(shí)間；5.根據(jù)μ=d2tV(cm2/s.V),]]>導(dǎo)出待測(cè)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(shí)間，V是跨越待測(cè)層的電位降。
圖3是器件1的亮度隨激發(fā)頻率的變化規(guī)律根據(jù)μ=d2tV(cm2/s.V),]]>驅(qū)動(dòng)電壓為8V，電荷跨越待測(cè)層所需時(shí)間t=12×131555,]]>計(jì)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(fā)頻率的變化規(guī)律根據(jù)μ=d2tV(cm2/s.V),]]>待測(cè)層的厚度60nm，驅(qū)動(dòng)電壓的大小為8V，電荷跨越待測(cè)層所需時(shí)間t=12×1227326,]]>計(jì)算出器件2中MEH-PPV的空穴遷移率是2.05×10-6(cm2/s.v)。
權(quán)利要求
1.在頻域中測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)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(cè)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(fā)發(fā)光探測(cè)層，只傳輸電子且阻擋空穴的隔離層，待測(cè)層，Al電極；制備測(cè)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(fā)待測(cè)層，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層，發(fā)光探測(cè)層，Al電極；發(fā)光探測(cè)層的發(fā)光壽命小于10-8s，厚度小于20nm；步驟2，向器件上施加激發(fā)源，激發(fā)源為正弦、脈沖或方波交流電，激發(fā)頻率的帶寬在10Hz-108Hz之間；步驟3，從高頻開(kāi)始測(cè)量并逐漸降低頻率直至出現(xiàn)發(fā)光，繼續(xù)降低頻率，發(fā)光變強(qiáng)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；步驟4，將所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)連線并延長(zhǎng)與頻率軸相交，其交點(diǎn)的頻率值就是相應(yīng)傳輸時(shí)間所對(duì)應(yīng)的頻率，其倒數(shù)即載流子從電極輸運(yùn)到發(fā)光探測(cè)層的時(shí)間；步驟5，根據(jù)μ=d2tVcm2/s.V,]]>導(dǎo)出待測(cè)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(shí)間，V是跨越待測(cè)層的電位降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在頻域中測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，其特征是測(cè)電子遷移率時(shí)，發(fā)光探測(cè)層是空穴傳輸材料PVK、MEH-PPV或PPV，測(cè)空穴遷移率時(shí)，發(fā)光探測(cè)層是電子傳輸材料Alq3、PBD或ZnS。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在頻域中測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，其特征是激發(fā)源還可采用交流方波電壓。
全文摘要
在頻域內(nèi)測(cè)量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，制作一種符號(hào)載流子的發(fā)光壽命很短的(10
文檔編號(hào)G01N27/00GK1763554SQ20051008678
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者徐征, 張福俊, 趙謖玲, 徐敘瑢 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)