專利名稱：在頻域內(nèi)測量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，它將評估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，測遷移率已不能利用無機(jī)半導(dǎo)體中的霍爾測量方法。對有機(jī)半導(dǎo)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(chǎn)生載流子，以電場促成光生載流子的運(yùn)動，在運(yùn)動方向的末端測量信號出現(xiàn)的時間。這個方法很復(fù)雜，它需要兩個激發(fā)源一個是電流，另一個是光源，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。它是引起測量誤差的主要來源，測出的數(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)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的光激發(fā)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(shè)置一個發(fā)光探測區(qū)，使一種符號的載流子在探測區(qū)內(nèi)只能進(jìn)不能出，使另一種符號的載流子從另一面進(jìn)入探測區(qū)，兩種載流子在探測區(qū)復(fù)合而發(fā)光。激發(fā)頻率變化時，激發(fā)時間短載流子達(dá)不到探測層不會發(fā)光，降低頻率測量出現(xiàn)發(fā)光時的頻率數(shù)值，即可測量和探測區(qū)相反極性的載流子的遷移率。這是針對載流子輸運(yùn)性質(zhì)的測量，但不是利用電學(xué)測量，而是用發(fā)光現(xiàn)象測量。
本發(fā)明的技術(shù)方案在頻域中測量有機(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(fā)待測層，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層，發(fā)光探測層，A1電極；發(fā)光探測層的發(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，從高頻開始測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)連線并延長與頻率軸相交，其交點(diǎn)的頻率值就是相應(yīng)傳輸時間所對應(yīng)的頻率，其倒數(shù)即載流子從電極輸運(yùn)到發(fā)光探測層的時間；步驟5，根據(jù)μ=d2tVcm2/s.V,]]>導(dǎo)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(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的技術(shù)效果在現(xiàn)有技術(shù)中測量載流子遷移率時電場強(qiáng)度低于器件正常工作的電場強(qiáng)度，測量結(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強(qiáng)度下測量的，測量結(jié)果符合真實(shí)值。測試條件簡單，對實(shí)驗(yàn)儀器沒有特殊的要求。
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，探測層中的載流子遇到相反符號的載流子時，二者才能復(fù)合而發(fā)光，選擇這一探測層發(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)光的時間就是電極到探測層電荷輸運(yùn)時間加上探測層發(fā)光期間。后者遠(yuǎn)小于前者，可以忽略。這樣脈沖半周的時間就全部用于載流子輸運(yùn)，當(dāng)頻率高時，載流子達(dá)不到探測層，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層所需時間對應(yīng)的頻率值。


圖1測量電子遷移率的器件結(jié)構(gòu)圖(器件1)圖2測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)測量有機(jī)半導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(fā)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(fā)A1電極。隔離層材料還可采用PBD或ZnS等。發(fā)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(jié)構(gòu)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)光探測層材料的發(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.從高頻開始測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)連線并延長與頻率軸相交，其交點(diǎn)的頻率值就是相應(yīng)傳輸時間所對應(yīng)的頻率，其倒數(shù)即載流子從電極輸運(yùn)到發(fā)光探測層的時間；5.根據(jù)μ=d2tV(cm2/s.V),]]>導(dǎo)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(fā)頻率的變化規(guī)律根據(jù)μ=d2tV(cm2/s.V),]]>驅(qū)動電壓為8V，電荷跨越待測層所需時間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),]]>待測層的厚度60nm，驅(qū)動電壓的大小為8V，電荷跨越待測層所需時間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(fā)待測層，只傳輸空穴且阻擋電子的隔離層，發(fā)光探測層，Al電極；發(fā)光探測層的發(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，從高頻開始測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)連線并延長與頻率軸相交，其交點(diǎn)的頻率值就是相應(yīng)傳輸時間所對應(yīng)的頻率，其倒數(shù)即載流子從電極輸運(yùn)到發(fā)光探測層的時間；步驟5，根據(jù)μ=d2tVcm2/s.V,]]>導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1所述的在頻域中測量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，其特征是測電子遷移率時，發(fā)光探測層是空穴傳輸材料PVK、MEH-PPV或PPV，測空穴遷移率時，發(fā)光探測層是電子傳輸材料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)測量有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率的方法，制作一種符號載流子的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者徐征, 張?？? 趙謖玲, 徐敘瑢 申請人:北京交通大學(xué)