固态阴极射线发光的研究

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1、态阴极射线发光的探究陈大凤、曹雯、马艳(中国矿业大学理学院理学院信电学院)摘要：固态阴极射线发光(SSCL)是一种全新的激发方式，是发光的一个分支，文中揭示了固态阴极射线发光的木质，并证明了它的普适性，分析它的发光光谱及随驱动电压提高吋的变化规律，证明固态阴极射线激发既可引起激子发光，又可引起扩展态发光一一激子离化后产生的电子-空穴的直接复合。本文着重分析了固态阴极射线发光的光谱特征、其中的物理现象及波形特点。关键词：固态阴极射线发光，激子，扩展态，有机电致发光一引言现代信息社会使显示技术进入了一个全新的环境，电致发光显示被认为是下一代理想的平板显示技术之一，尤其是有机电致发光

2、显示，但有机器件的寿命和效率一直是困扰其应用的棘手问题，因此还不能大批量地投入生产。无机电致发光器件的蓝色发光一盲达不到实用化的要求，限制了其在彩色显示方面的应用，如果不能突破这个瓶颈，无机薄膜电致发光器件在显示领域的应用将受到非常人的限制。在研究有机和无机电致发光显示技术的同时，我们提出了固态阴极射线发光，并证明了碰撞离化和注入复合两种激发方式可以并存。在固态阴极射线发光器件中，我们已经分别从有机聚合物、有机磷光材料、稀土配合物上发现了它们的固态阴极射线发光，这证明了固态阴极射线发光的普适性。本文着重分析了固态阴极射线发光的光谱特征、瞬态特性、其中的物理现象、它的波形特点以及

3、两个发光峰的衰减差异。二固态阴极射线发光光谱当发光材料为有机聚合物MEH-PPV和C9-PPV时，可以探测到固态阴极射线发光。其中580rnn的长波长发光是对应着MEH-PPV的激子复合发光，而405nm处的短波长发光对应于MEII-PPV的带带复合。此外，还出现了一新的发射，其波长位于500nm处。当电子加速层为Si3N4时，得到相同的结果。在相同频率和不同电压的交流激发下，MEH-PPV的发光随驱动电压的不同而变化，当驱动电压较低时，只出现了MEH-PPV在580nm处的激子发射，并且它的发光强度随着驱动电压的上升而增强。当驱动电压超过一定值时，580nm的强度下降直至完全

4、消失，同时，出现了短波长405nm的发射，其发光强度随着驱动电压的增大先增大，然后降低，而后继续增大，同时还出现了另一个波峰位于500nm的发射，并且其发光强度随着驱动电压的增大一直增强。在以Si02为加速层的器件中，过热电子的能量可以达到10-100eV以上，这些高能量的过热电子碰撞激发有机发光层，导致有机发光材料的发光，这不同于传统有机材料的注入发光。当驱动电压较低时，在较低的电场作用下，碰撞激发岀的电子和空穴通过库仑相互作用形成Frenkel激子而发光，这种情况和有机材料的光致发光相似。在一定的电压范围内，随着驱动电压的增大，过热电子的能量增大和数目增多，使得有机材料碰撞

5、激发后形成激子的速率增大和数目增多,因此激子的发光增强。但随着驱动电压的继续增人，导致有机材料上的场强增强，使得碰撞激发后形成的激子发生离化，这时候激子复合的速率小于激子离化的速率，因此长波长发光减弱。电子被离化到IXMO能级，由于在聚合物材料中电子的迁移率比较小，因此在电场的作用下，电子向电极方向的迁移较慢，另外，Si02的导带与MEII-PPV的LUMOZ间势垒较大，电子很难从电极漏出，因此离化后的电子被限制在有机层中，极容易同HOMO能级的空穴发生复合，实现带带复合，产生短波长405nm的扩展态发光。另一方面，随着驱动电压的增大，过热电子的能量也随之增加，过热电子可以宜接

6、碰撞激发有机材料，实现短波长的发光。因此造成了短波长发光强度随驱动电压的上升而迅速增强。但随着驱动电压的进一步增强，短波长的发光强度反而下降，出现了峰值位于500側处的发射，我们认为，这来源于电荷转移激子的发光。电荷转移激子也是中性的，移动时将正负电荷两个部分结合在不同的有机分子上运动，除了运动外，电荷转移激子还可以被俘获，大部分电荷转移激子是在电子-空穴复合过程中产牛的，而500nm的发光正是在405nm的发光过程中产生的，405nm恰好是电子-空穴的直接复合发光。因此随着电荷转移激子的出现，激子离化而产生的直接电子-空穴的复合减少。随着电压的继续增大，405nm和500iw

7、的发光都在增强，这是因为随着电场的增大，激子的离化进一步增强，并且过热电子的直接碰撞激发的儿率也随之增强。三固态阴极射线发光的瞬态特性固态阴极射线发光是电子加速成为过热电子后碰撞有机发光材料得到的。在固态阴极射线发光屮，长波发射即激子的发光是先出现的，而短波发射即扩展态的发光是后出现的，是激子在高场下离化后导致的电子和空穴的直接复合。激子发光和扩展态发光在交流电驱动下的亮度波形可以进一步研究固态阴极射线发光的特性，以A1电极接负电位、IT0电极接正电位时为正向驱动，反之为反向驱动，在正向和反