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固态阴极射线发光的表征

文章分类:理学 - 物理学 宣布工夫:2014-8-2 7:43:39 作者:赵谡玲

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  摘 要 固态阴极射线发光(SSCL)是一种全新的激起方法,是发光的一个分支.文章作者识别了固态阴极射线发光的实质,证明白它的普适性.文章对固态阴极射线发光的实质作了进一步的剖析,剖析了它的发光光谱及随驱动电压进步时的变革纪律,证明白固态阴极射线激起既可惹起激子发光,又可惹起扩展态发光,扩展态的发光是激子离化后发生的电子-空穴的间接复合.文章作者还研讨了固态阴极射线发光的瞬态特性及发光的衰减,证明白在它的发光波形中用传统的位相办法已不克不及表现固态阴极射线发光与激起电压的工夫干系,并从它的两个发光峰随频率变革的分明差异提出了实测真实发光寿命的思绪.
  要害词 固态阴极射线发光,无机电致发光,激子,扩展态
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Abstract :The character of solid state cathodoluminescence (SSCL), a new excitation mechanism of luminescence, has been identified and its universality demonstrated. The spectrum of SSCL and its change in behavior with the increase of driving voltage have been analyzed in detail. It is shown that SSCL includes the luminescence from exciton recombination and expanded state recombination. Under a high electric field, excitons dissociate to electrons and holes in expanded states, which results in luminescence from the expanded state recombination. The transient and decay characteristics of SSCL have also been investigated. It is concluded that the traditional phase method cannot be used to assess the temporal relationship between SSCL and the driving voltage. From the variation of SSCL with the excitation driving frequency we propose a new method to measure the true luminescence lifetime. 
Keywords :solid state cathodeluminescence(SSCL), organic electroluminescence, exciton, expanded state
  
  古代信息社会使表现技能进入了一个全新的情况,平板表现(FPD)是古代表现技能的开展趋向.平板表现器件品种单一,比拟有代表性的有液晶表现器(LCD)、等离子表现器(PDP)、电致发光表现器件(ELD)和发光二极管(LED)等.这些表现器件或曾经占据少量市场份额,或将要大批量投入消费,但到现在为止,它们的表现质量还不克不及与传统的阴极射线管(CRT)表现相比.电致发光表现被以为是下一代抱负的平板表现技能之一,尤其是无机电致发光表现,但无机器件的寿命和服从不断是困扰其使用的顺手题目,因而还不克不及大批量地投入消费.在无机电致发光进程中,电子和空穴复合后,单线态和三线态同时发生,依照自旋统计准绳,发光分子的单线态及三线态激子数之比是1:3,以是单线态的发光只是全部被激起的分子的1/4.普通单线态的辐射跃迁是容许跃迁,而三线态的辐射跃迁是被禁戒的.如许就只要1/4被激起的分子可以发光,以是普通以为无机场致发光的服从最大也不克不及超越光致发光的25%.无机电致发光器件的蓝色发光不断达不到适用化的要求,限定了其在黑色表现方面的使用,可以说,蓝色发光是现在无呆板件的一个瓶颈,假如不克不及打破这个瓶颈,无机薄膜电致发光器件在表现范畴的使用将遭到十分大的限定.
  在研讨无机和无机电致发光表现技能的同时,我们提出了固态阴极射线发光[1,2],并证明白碰撞离化和注入复合两种激起方法可以并存.其发光原理同真空阴极射线发光相似,只是来自阴极的电子是在无机电子传输资料中而不是在真空中减速,如许电子颠末减速后可以间接碰撞无机发光层发生发光,电子交出能量,数量不减.在混淆激起中,这种激起后的电子连同倍增电子、传导电子和注入的空穴复合,它的发光明度高于复杂的传导电子复合的亮度,实际上服从高于无机电致发光的服从,同真空阴极射线(如场发射)相比,其激起电压也大大低落.
  在固态阴极射线发光器件中,我们曾经辨别从无机聚合物、小分子无机发光资料、无机磷光资料、稀土共同物上发明了它们的固态阴极射线发光,这证明白固态阴极射线发光的普适性.同时,用差别资料作为电子减速层时,在同种发光资料上也失掉了异样的后果.本文偏重剖析了固态阴极射线发光的光谱特性、此中的物理景象、它的波形特点以及两个发光峰的衰减差别.
  
  1 固态阴极射线发光(SSCL)的光谱特性
  
  1.1 无机小分子的固态阴极射线发光光谱
  我们开始是在ITO/SiO2/Alq3/SiO2/Al构造的器件中发明了类阴极射线发光[3,4].如图1所示,在以小分子资料Alq3作为发光层,以SiO2层作为电子减速层的夹层构造中,在交换电驱动下,当驱动电压比拟低时,失掉了517nm处的Alq3激子发光;而当驱动电压比拟高时,除了有激子发光外,还失掉了蓝色(457nm)的发光,此发光对应于Alq3的LUMO能级到HOMO能级的间接辐射跃迁.在夹层构造中,二氧化硅是n型半导体,简直不克不及传输空穴,器件中不会存在电极注入的空穴,而且Alq3的迁徙率不高,在无机层Alq3内,积累不出可以经碰撞惹起发光的电子能量,以是蓝色的发光不是场致发光,其发光泉源与传统的无机器件的注入发光差别,而应该是类阴极射线发光.这时电极注入的电子、电极/二氧化硅界面处的约束态电子以及缺陷上的电子等在电场的作用下被释出并被减速,成为过热电子后间接碰撞Alq3分子,完成发光.当SiO2中电子的减速使电子能质变得充足高时,可以激起Alq3,把HOMO中的电子间接激起到导带中,但由于电子和声子互相作用很强,电子能量耗费,电子普通同Alq3内的空穴构成激子,在比拟高的电场下,激子有能够被解离,而呈现Alq3的带带间复合,即HOMO上的空穴与LUMO上的电子之间的复合发光,这个能量与457nm处的发光峰符合.随着器件的驱动电压的进步,发光峰由517nm逐步向457nm挪动(图1),这阐明随着电压的添加,电子在二氧化硅层中可以取得更高的能量,激起加强,随着电场的加强,在Alq3层中的激子解离变强,进入LUMO中的电子增多,使得蓝光逐步加强. 
  1.2 无机聚合物的固态阴极射线发光光谱
  在异样构造的器件中,当发光资料为无机聚合物MEH-PPV和C9-PPV时,我们也探测到了固态阴极射线发光.图2为电子减速层是SiO2、发光层是MEH-PPV的固态阴极射线发光[5]

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