两类有机半导体材料的N-、P-型掺杂研究

摘要

近年来，OLED的技术和产品以独特的优点、巨大的发展潜力和应用价值，引了各界的广泛关注和认可。但是由于有机半导体材料自身的一些不足，如具有本征载流子浓度低、导电率低、载流子注入能力差等缺点，限制了OLED性能的提升，制约了OLED的广泛应用。针对以上问题，对有机半导体材料进行无机或有机掺杂，改善其导电性，提高其载流子的注入能力，成为目前有机电子领域的一项重要技术。本文选择了CBP、TPBi、BAlq三种常用OLED主体材料，分别对其进行P型、n型掺杂，详细研究了掺杂对其电学性能的影响。共分两个部分：
　　 首先对具有双极传输性能的CBP主体材料进行了p型掺杂研究。在CBP掺杂适当浓度的FeCl3，可以有效提高CBP的电导率和空穴迁移率，提高器件中空穴的注入。掺杂浓度为12wt％，器件的空穴传输性能最佳并符合空间电荷限制电流模型(SCLC)，空穴的注入界面为准欧姆接触。低电压下器件的电导率达到3.1×10-7 S/cm，器件的空穴迁移率达到1.26×10-4cm2/V s，比常用的空穴传输材料NPB的空穴迁移率提高近6倍。同样，通过MoO3掺杂CBP，也可以有效提高器件中空穴的注入，提高CBP的电导率和空穴迁移率。掺杂浓度为16wt％，器件的性能最好并符合空间电荷限制电流模型(SCLC)，低电压下器件的电导率达到2.4×10-7 S/cm，空穴迁移率达到6.0×10-5 cm2/V s，并且空穴的注入界面被认为是准欧姆接触。将WO3掺入到主体材料CBP中，通过适当的掺杂，提高了器件中空穴的注入和传输，在最佳的掺杂浓度6wt％下，器件的电导率为9.4×10-10 S/cm，比未掺杂的器件只有小幅度的提高，与前两种掺杂剂相比，掺杂的效果较差。WO3：CBP的空穴传输性能远低于常用的空穴传输材料NPB。
　　 其次对具有电子传输性能的主体材料TPBI及BAlq进行了n型掺杂研究。在TPBi掺杂适当浓度的LiF，可以有效提高器件中电子的注入，提高TPBi的电导率和空穴迁移率。掺杂浓度为4wt％，器件的电子传输性能最佳。低电压下器件的电导率达到3.6×10-9S/cm，高于没有掺杂的器件近三倍。在保持制备工艺不变的情况下，对BAlq分别进行了CsF、LiF、Liq掺杂研究，基于CsF：BAlq、LiF：BAlq和Liq：BAlq制备了一系列不同掺杂浓度的单电子器件。研究结果表明，通过CsF、LiF、Liq碱金属化合物掺杂BAlq不能提高BAlq的电子传输性能，反而降低了BAlq的电子电导率和迁移率，降低了器件的电学性能。低电压下未掺杂的纯BAlq器件的电导率达到为9.7×10-7S/cm，而将CsF(6％)、LiF(2wt％)和Liq(4wt％)三种掺杂剂分别掺入到主体材料BAlq中后，器件的电导率分别降到8.9×10-9、7.0×10-10和8.4×10-9S/cm。随着掺杂浓度的升高，电子的传输机理由欧姆传导转变为陷阱电荷限制电流。碱金属化合物掺杂主体材料BAlq，不能形成碱金属阳离子和BAlq阴离子自由基，表明BAlq具有高的化学稳定性，不易与这些碱金属化合物发生反应。掺杂的碱金属化合物在BAlq的带隙中形成了陷阱态，成为捕获电子的陷阱，导致了电子迁移率降低。