利用空间电荷限制电流方法确定三(8-羟基喹啉)铝的电子迁移率特性初步研究

骆杨; 段羽; 陈平; 臧春亮; 谢月; 赵毅; 刘式墉

doi:10.7498/aps.61.147801

摘要

材料的迁移率是其关键电学特性之一.有机材料迁移率的研究对于有机电致发光器件、有机太阳电池、有机薄膜场效应晶体管性能的提高有重要的意义. 应用简单易行的空间电荷限制电流方法,对基于三(8-羟基喹啉)铝(Alq3) 的四种单载流子器件电流密度-电压曲线特性进行研究, 根据空间电荷限制电流模型,拟合出Alq3材料在四种器件中的零场电子迁移率和电场依赖因子,并且给出Alq3电子迁移率随外加偏压的变化趋势. 实验结果表明,顶电极铝蒸镀到缓冲层氟化锂(1 nm)和Alq3 (100 nm)的表面后, 可以明显改善Alq3的零场迁移率和电场依赖因子. 认为产生这种现象的原因是氟化锂可以使铝和Alq3发生络合反应, 形成Li+1Alq-1粒子,形成良好的欧姆接触,使得电子的注入效率大大提高.

关键词:

Abstract

The charge-carrier mobility of an organic semiconducting material determines the material potential applications in devices. The investigation on mobility of organic material plays a significant role in improving the performance of organic device, such as organic light emitting diode, organic solar cell and organic thin film transistor. In this paper, we employ the space charge limited current (SCLC) method to evaluate the electron mobility of the controlled device based on tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3). The zero-field mobilities and field-dependent factors of the four devices are fitted respectively. The results show that depositing Al as top-electrode onto buffer layer LiF (1 nm) and Alq3 (100 nm) can significantly improve the the zero-field mobility and field-dependent factor of Alq3. The reason for that is that LiF could strengthen the complex reaction between Al and Alq3 to form Li+1Alq-1 particles, which leads to the enhanced ohmic injection and electron injection.

Keywords:

SCLC /
buffer layer /
carrier mobility /
Alq3

作者及机构信息

1.
集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林大学电子科学与工程学院, 长春 130012

基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2011AA03A110)、国家重点基础研究发展计划(批准号: 2010CB327701)、国家自然科学基金(批准号: 60706018, 60906021, 60977024, 60876032, 60907013)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20070183088) 和吉林省科技发展计划(批准号: 201101034)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Electronics Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China

Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2011AA03A110), the National Basic Research Program of China (Grant No. 2010CB327701), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60706018, 60906021, 60977024, 60876032, 60907013), the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education, China (Grant No. 20070183088), and Scientific and Technological Developing Scheme of Jilin Province, China (Grant No. 201101034).

参考文献

[1]	Di C A, Yu G, Liu Y Q, Xu X J, Song Y B, Zhu D B 2007 Appl. Phys. Lett. 90 133508
[2]	Chen Z J, Yu J S, Sakuratani Y, Li M R, Sone M, Miyata S, Watanabe T, Wang X Q, Sato H 2001 J. Appl. Phys. 89 7895
[3]	Sun Q J, Xu Z, Zhao S L, Zhang F J, Gao L Y, Tian X Y, Wang Y S 2009 Acta Phys. Sin. 59 8125 (in Chinese) [孙钦军, 徐征, 赵谡玲, 张福俊, 高利岩, 田雪雁, 王永生 2009 物理学报 59 8125]
[4]	Ong K H, Lim S L, Tan H S, Wong H K, Li J, Ma Z, Moh L C H, Lim S H, Mello J C D, Chen Z K 2011 Adv. Mater. 23 1409
[5]	Xu M, Peng J B 2009 Acta Phys. Sin. 59 2136 (in Chinese) [徐苗, 彭俊彪 2009 物理学报 59 2136]
[6]	Blom P W M, De Jong M J M, Vleggaar J J M 1996 Appl. Phys. Lett. 68 3308
[7]	Bozano L, Carter S A, Scott J C, Malliaras G G, Brock P J 1999 Appl. Phys. Lett. 74 1132
[8]	Yasuda T, Yamaguchi Y, Zou D C, Tsutsui T 2002 Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 41 5626
[9]	Kim S H, Jang J, Lee J Y 2000 Appl. Phys. Lett. 89 253501
[10]	Chu T Y, Song O K 2007 Appl. Phys. Lett. 90 203512
[11]	Carbone A, Pennetta C, Reggiani L 2009 Appl. Phys. Lett. 95 233303
[12]	Mott N P, Gurney R W 1948 Electronic Processes in Ionic Crystals (London: Oxford University Press)
[13]	Pal A J, Osterbacka R, Kallman K M, Stubb H 1997 Appl. Phys. Lett. 71 228
[14]	Fong H H, So S K 2005 J. Appl. Phys. 98 023711
[15]	Le Q T, Yan L, Gao Y 2000 Appl. Phys. Lett. 87 375
[16]	Hung L S, Zhang R Q, He P, Mason G 2002 J. Phys. D 35 103
[17]	Mason M G, Tand C W, Hung L S, Raychaudhuri P, Madathil J, Giesen D J, Yan L, Le Q T, Gao Y, Lee S T, Liao L S, Cheng L F, Salanech W R, Don S D A, Bredas J L 2001 J. Appl. Phys. 89 2756
[18]	Liu X D, Xu Z, Zhang F J, Zhao S L, Zhang T H, Gong W, Song J L, Kong C, Yan G, Xu X R 2010 Chin. Phys. B 19 118601

施引文献

[1]	Di C A, Yu G, Liu Y Q, Xu X J, Song Y B, Zhu D B 2007 Appl. Phys. Lett. 90 133508
[2]	Chen Z J, Yu J S, Sakuratani Y, Li M R, Sone M, Miyata S, Watanabe T, Wang X Q, Sato H 2001 J. Appl. Phys. 89 7895
[3]	Sun Q J, Xu Z, Zhao S L, Zhang F J, Gao L Y, Tian X Y, Wang Y S 2009 Acta Phys. Sin. 59 8125 (in Chinese) [孙钦军, 徐征, 赵谡玲, 张福俊, 高利岩, 田雪雁, 王永生 2009 物理学报 59 8125]
[4]	Ong K H, Lim S L, Tan H S, Wong H K, Li J, Ma Z, Moh L C H, Lim S H, Mello J C D, Chen Z K 2011 Adv. Mater. 23 1409
[5]	Xu M, Peng J B 2009 Acta Phys. Sin. 59 2136 (in Chinese) [徐苗, 彭俊彪 2009 物理学报 59 2136]
[6]	Blom P W M, De Jong M J M, Vleggaar J J M 1996 Appl. Phys. Lett. 68 3308
[7]	Bozano L, Carter S A, Scott J C, Malliaras G G, Brock P J 1999 Appl. Phys. Lett. 74 1132
[8]	Yasuda T, Yamaguchi Y, Zou D C, Tsutsui T 2002 Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 41 5626
[9]	Kim S H, Jang J, Lee J Y 2000 Appl. Phys. Lett. 89 253501
[10]	Chu T Y, Song O K 2007 Appl. Phys. Lett. 90 203512
[11]	Carbone A, Pennetta C, Reggiani L 2009 Appl. Phys. Lett. 95 233303
[12]	Mott N P, Gurney R W 1948 Electronic Processes in Ionic Crystals (London: Oxford University Press)
[13]	Pal A J, Osterbacka R, Kallman K M, Stubb H 1997 Appl. Phys. Lett. 71 228
[14]	Fong H H, So S K 2005 J. Appl. Phys. 98 023711
[15]	Le Q T, Yan L, Gao Y 2000 Appl. Phys. Lett. 87 375
[16]	Hung L S, Zhang R Q, He P, Mason G 2002 J. Phys. D 35 103
[17]	Mason M G, Tand C W, Hung L S, Raychaudhuri P, Madathil J, Giesen D J, Yan L, Le Q T, Gao Y, Lee S T, Liao L S, Cheng L F, Salanech W R, Don S D A, Bredas J L 2001 J. Appl. Phys. 89 2756
[18]	Liu X D, Xu Z, Zhang F J, Zhao S L, Zhang T H, Gong W, Song J L, Kong C, Yan G, Xu X R 2010 Chin. Phys. B 19 118601

[1]	张冷, 沈宇皓, 汤朝阳, 吴孔平, 张鹏展, 刘飞, 侯纪伟. 单轴应变对Sb₂Se₃空穴迁移率的影响研究. 物理学报, 2024, 0(0): . doi: 10.7498/aps.73.20240175
[2]	张冷, 张鹏展, 刘飞, 李方政, 罗毅, 侯纪伟, 吴孔平. 基于形变势理论的掺杂计算Sb₂Se₃空穴迁移率. 物理学报, 2024, 73(4): 047101. doi: 10.7498/aps.73.20231406
[3]	陈永亮, 唐亚文, 陈沛润, 张力, 刘琪, 赵颖, 黄茜, 张晓丹. 钙钛矿太阳电池中的缓冲层研究进展. 物理学报, 2020, 69(13): 138401. doi: 10.7498/aps.69.20200543
[4]	底琳佳, 戴显英, 宋建军, 苗东铭, 赵天龙, 吴淑静, 郝跃. 基于锡组分和双轴张应力调控的临界带隙应变Ge1-xSnx能带特性与迁移率计算. 物理学报, 2018, 67(2): 027101. doi: 10.7498/aps.67.20171969
[5]	肖迪, 王东明, 李珣, 李强, 沈凯, 王德钊, 吴玲玲, 王德亮. 基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究. 物理学报, 2017, 66(11): 117301. doi: 10.7498/aps.66.117301
[6]	吕懿, 张鹤鸣, 胡辉勇, 杨晋勇, 殷树娟, 周春宇. 单轴应变SiNMOSFET源漏电流特性模型. 物理学报, 2015, 64(19): 197301. doi: 10.7498/aps.64.197301
[7]	杨鹏, 吕燕伍, 王鑫波. AlN插入层对AlxGa1-xN/GaN界面电子散射的影响. 物理学报, 2015, 64(19): 197303. doi: 10.7498/aps.64.197303
[8]	白敏, 宣荣喜, 宋建军, 张鹤鸣, 胡辉勇, 舒斌. 压应变Ge/(001)Si1-xGex空穴散射与迁移率模型. 物理学报, 2015, 64(3): 038501. doi: 10.7498/aps.64.038501
[9]	龚伟, 徐征, 赵谡玲, 刘晓东, 杨倩倩, 樊星. NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响. 物理学报, 2014, 63(7): 078801. doi: 10.7498/aps.63.078801
[10]	高娅娜, 李喜峰, 张建华. 溶胶凝胶法制备高性能锆铝氧化物作为绝缘层的薄膜晶体管. 物理学报, 2014, 63(11): 118502. doi: 10.7498/aps.63.118502
[11]	董海明. 低温下二硫化钼电子迁移率研究. 物理学报, 2013, 62(20): 206101. doi: 10.7498/aps.62.206101
[12]	於黄忠. 空间电荷限制电流法测量共混体系中空穴的迁移率. 物理学报, 2012, 61(8): 087204. doi: 10.7498/aps.61.087204
[13]	张金风, 王平亚, 薛军帅, 周勇波, 张进成, 郝跃. 高电子迁移率晶格匹配InAlN/GaN材料研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117305. doi: 10.7498/aps.60.117305
[14]	刘瑞, 徐征, 赵谡玲, 张福俊, 曹晓宁, 孔超, 曹文喆, 龚伟. 利用不同阴极缓冲层来改善Pentacene/C60太阳能电池的性能. 物理学报, 2011, 60(5): 058801. doi: 10.7498/aps.60.058801
[15]	李飞, 肖刘, 刘濮鲲, 易红霞, 万晓声. 同心球之间空间电荷限制电流的简单理论. 物理学报, 2011, 60(9): 097901. doi: 10.7498/aps.60.097901
[16]	魏玮, 刘明, 曲盛薇, 张庆瑜. Ti缓冲层及退火处理对Si(111)基片上生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响. 物理学报, 2009, 58(8): 5736-5743. doi: 10.7498/aps.58.5736
[17]	谢清连, 阎少林, 赵新杰, 方兰, 季鲁, 张玉婷, 游石头, 李加蕾, 张旭, 周铁戈, 左涛, 岳宏卫. 高温退火对蓝宝石基片的表面形貌和对CeO2缓冲层以及Tl-2212超导薄膜生长的影响. 物理学报, 2008, 57(1): 519-525. doi: 10.7498/aps.57.519
[18]	甄聪棉, 马丽, 张金娟, 刘英, 聂向富. Ti(Cr)缓冲层对用于垂直磁记录材料CoCrTa介质磁特性和微结构的影响. 物理学报, 2007, 56(3): 1730-1734. doi: 10.7498/aps.56.1730
[19]	代月花, 陈军宁, 柯导明, 孙家讹, 胡媛. 纳米MOSFET迁移率解析模型. 物理学报, 2006, 55(11): 6090-6094. doi: 10.7498/aps.55.6090
[20]	李志锋, 陆卫, 叶红娟, 袁先璋, 沈学础, G.Li, S.J.Chua. GaN载流子浓度和迁移率的光谱研究. 物理学报, 2000, 49(8): 1614-1619. doi: 10.7498/aps.49.1614

计量

文章访问数: 7536
PDF下载量: 1308
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板