Organiczne diody świecące ce (OLED) Tydzień temu. OLED technologia na dziś

Podobne dokumenty
Organiczne ogniwa słonecznes. Ogniwa półprzewodnikowe. p przewodnikowe zasada ania. Charakterystyki fotoogniwa

Organiczne tranzystory polowe. cz. I. Poprzednio. Złącze

Organiczne ogniwa słonecznes. Tydzień temu. Energia słonecznas

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Przejścia promieniste

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

L E D light emitting diode

Dlaczego przewodzą? cz. III wstrzykiwanie i transport ładunku. Na poprzednim wykładzie. adzie

Część 3. Przegląd przyrządów półprzewodnikowych mocy. Łukasz Starzak, Przyrządy i układy mocy, studia niestacjonarne, lato 2018/19 51

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

IV. TRANZYSTOR POLOWY

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

Elektryczne własności ciał stałych

Rozszczepienie poziomów atomowych

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Urządzenia półprzewodnikowe

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

PRACOWNIA CHEMII. Wygaszanie fluorescencji (Fiz4)

W książce tej przedstawiono:

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

Struktura pasmowa ciał stałych

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

Elektronika z plastyku

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Skończona studnia potencjału

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Sensory organiczne. Tydzień temu. Czujniki kształtu tu i nacisku

Rys.2. Schemat działania fotoogniwa.

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ FIZYKI TECHNICZNEJ I MATEMATYKI STOSOWANEJ EKSCYTONY. Seminarium z Molekularnego Ciała a Stałego Jędrzejowski Jaromir

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

WYDZIAŁ FIZYKI, MATEMATYKI I INFORMATYKI POLITECHNIKI KRAKOWSKIEJ

Nanostruktury i nanotechnologie

6. TRANZYSTORY UNIPOLARNE

Spektroskopia fotoelektronów (PES)

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Dlaczego przewodzą? cz. II. W poprzednim tygodniu. W poprzednim tygodniu. sprzęŝ. ęŝonych?

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Tranzystory polowe. Klasyfikacja tranzystorów polowych

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

MATERIAŁY I WIELOWARSTWOWE STRUKTURY OPTYCZNE DO ZASTOSOWAŃ W FOTOWOLTAICE ORGANICZNEJ (WYBRANE ZAGADNIENIA MODELOWANIA, POMIARÓW I REALIZACJI)

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

Wprowadzenie do ekscytonów

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

WYZNACZENIE STAŁEJ PLANCKA NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYKI DIODY ELEKTROLUMINESCENCYJNEJ

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

Materiały używane w elektronice

Optyczne elementy aktywne

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

Pomiary widm fotoluminescencji

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Diody, tranzystory, tyrystory. Materiały pomocnicze do zajęć.

Diody i tranzystory. - prostownicze, stabilizacyjne (Zenera), fotodiody, elektroluminescencyjne, pojemnościowe (warikapy)

Układy nieliniowe - przypomnienie

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Fizyka 3.3. prof.dr hab. Ewa Popko p.231a

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

BADANIE FOTOPOWIELACZA

Elektryczne własności ciał stałych

III. TRANZYSTOR BIPOLARNY

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Badanie charakterystyki diody

Ćwiczenie 4. Parametry statyczne tranzystorów polowych JFET i MOSFET

Podstawy krystalografii

Budowa. Metoda wytwarzania

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Samoorganizacja. Tydzień temu

Czym jest prąd elektryczny

LABORATORIUM ELEKTRONIKI ĆWICZENIE 4 POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Przewodność elektryczna półprzewodników

Powierzchniowo wzmocniona spektroskopia Ramana SERS. (Surface Enhanced Raman Spectroscopy)

Transkrypt:

Elektronika plastikowa i organiczna Organiczne diody świecące ce (OLED) Tydzień temu 1. W tranzystorze polowym przepływ prądu między źródłem i drenem zaleŝy od potencjału przyłoŝonego do bramki 2. Zmiana potencjału bramki powoduje wyindukowanie kanału łączącego źródło i dren, głębokość kanału zaleŝy od potencjału bramki 3. Zakresie liniowym kanał zachowuje się jak opór omowy o zmiennej rezystancji 4. W zakresie nasycenia prąd płynący między źródłem i drenem nie zaleŝy od napięcia między tymi elektrodami 5. Zarówno w zakresie liniowym jak i w zakresie nasycenia prąd źródło-dren zaleŝy liniowo od ruchliwości nośników ładunku 6. Własności tranzystorów wykonanych wyłącznie z materiałów organicznych tylko nieznacznie odbiegają od własności polimerowych FET wykonanych na podłoŝach nieorganicznych 7. Z czynników środowiskowych najistotniejszy wpływ na działanie polimerowych FET ma wilgotność 8. Najistotniejszym czynnikiem jaki ma wpływ na działanie organicznych FET ma uporządkowanie molekuł w warstwie czynnej. OLED technologia na dziś Telewizor SONY XEL-1: rozdzielczość: 11 (1,024 600) 27 (full HD resolution at 1920 1080) kontrast 1:1 000 000 (obecnie monitory LCD 1:1000) grubość 5mm cena (porównywarka CENEO) 4 494 koszty wysyłki

Nieorganiczne LED Historia: pierwsze prace lata 20 XXw. (zapomniany Oleg W. Łosew) wersja komercyjna lata 60 XXw (USA Nick Holonyaka jr.) Budowa i zasada działania: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - przy polaryzacji w kierunku przewodzenia w obszarze złącza p-n następuje rekombinacja elektronów i dziur z jednoczesną emisją światła długość fali emitowanego promieniowania zaleŝy od przerwy energetycznej półprzewodnika Organiczne LED trochę historii Pierwsze LEDy organiczne: C. W. Tang S. A. Van Slyke Appl. Phys. Lett. 51(1987) 913 związek małocząsteczkowy tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum Alq Al 3 O - N 3 J. H. Burriughes et al.. Nature 347 (1990) 539 polimer PPV n elektroda metaliczna półprzewodnik organiczny struktura pierwszych OLED elektroda ITO podkład (szkło) Charakterystyka I(U) pierwszej polimerowej diody LED Nature 347 (1990) 539 Złącze metal - półprzewodnikprzewodnik Φ M > Φ S Φ M = Φ S Φ M < Φ S dziurowy kontakt ohmowy, blokowanie elektronów kontakt neutralny Φ M Φ S praca wyjścia z metalu i półprzewodnika Φ b bariera jaką musi pokonać elektron χ, V L powinowactwo elektronowe, poziom próŝni E V, E C poziomy energetyczne pasma walencyjnego, przewodnictwa E F poziom Fermiego

Urządzenia jednowarstwowe (nie licząc c elektrod) poziom próŝni 4,8eV 2,7eV LUMO HOMO 4,3eV 4,8eV 2,7eV LUMO HOMO 4,3eV ITO PPV Al ITO PPV Al diagram poziomów energetycznych diagram poziomów energetycznych Urządzenia jednowarstwowe zasada działania ania Jak z większy kszyć wydajność LED? Procesy zachodzące w OLED: wstrzykiwanie ładunku transport ładunku tworzenie ekscytonów rekombinacja ucieczka ładunków (przepływ prądu między elektrodami bez rekombinacji i emisji promieniowania Wydajność kwantowa: gdzie: η (ext) =γβφχ γ określa stosunek prądu rekombinacji do całkowitego prądu β określa prawdopodobieństwo powstania ekscytonów w stanie singletowym φ określa prawdopodobieństwo anihilacji z wykreowaniem fotonu χ określa prawdopodobieństwo emisji światła na zewnątrz warstwy

Transport ładunku a wydajność γ określa stosunek prądu rekombinacji do całkowitego prądu: γ=j R /J Przypomnienie: Modele teoretyczne opisują transport ładunku w układach molekularnych jako przeskoki nośników pomiędzy obszarami (segmenty sprzęŝone), gdzie mogą być one taktowane jako ładunki swobodne Zwiększenie porządku (krystalizacja) powoduje wzrost ruchliwości ładunku Problem: Jak będzie zaleŝał parametr γ od stopnia krystalizacji warstwy organicznej? Odpowiedź: Im większy porządek (a zatem ruchliwość) tym mniejsze γ Problem wstrzykiwania ładunku Campbell et al. Appl. Phys. Lett., 72(1998) 1865 O H 3 C O n MEH-PPV katoda anoda w urządzeniu dominuje prąd dziurowy anoda katoda Diagram energetyczny MEH-PP oraz prace wyjścia róŝnych materiałów katody Charakterystyka I(U) diody z warstwą MEH-PP dla róŝnych materiałów katody Bariera wstrzykiwania ładunku nie powinna być większa niŝ 0,4 ev Jak optymalnie dobrać elektrody? Prace wyjścia -2.5-3.0 Sm Ca LUMO Eneriga [ev] -3.5-4.0-4.5 Mg Al, Ag Cu, ITO MEH-PPV -5.0 Au HOMO -5.5 Pt -6.0 Najbardziej korzystny z energetycznego punktu widzenia jest Ca, ale jest on bardzo reaktywny dlatego naleŝy przykryć go dodatkową warstwą np. Al

Wpływ elektrod na proces rekombinacji H. Becker Phys. Rev. B 56(1997)1893 Idea: pomiar wydajności fluorescencji w zaleŝności od rodzaju i grubości elektrody, oraz odległości warstwy półprzewodnika od elektrody PPV SiO 2 elektroda Al lub Au kwarc Wydajność fluorescencji w zaleŝności od NatęŜenie fluorescencji dla róŝnych grubości Wpływ warstwy oddziaływań PPV dla róŝnych między grubości molekularnych grubości na widmo warstwy PPV fluorescencji przygotowanej na elektrody: MEH-PPV 35 nm Al (otwarte Macromolecules symbole), 2,32001, nm Al 34, 2346-2352 elektrodzie Al o grubości 35nm i Au (pełne symbole) Wpływ elektrod na proces rekombinacji H. Becker Phys. Rev. B 56(1997)1893 Wydajność fotoluminescencji w funkcji grubości warstwy SiO 2 dla cienkich (3nm Al, 2nm Au) oraz grubej (35nm Al) elektrod. Wnioski: obecność elektrody powoduje zmniejszenie wydajności fotoluminescencji (bezradiacyjny przekaz energii do elektrody), oscylacyjny charakter zaleŝności wydajności fotoluminescencji od grubości warstwy SiO 2 spowodowany jest interferencją światła odbitego od elektrody PEDOT:PSS Najprawdopodobniej najczęściej stosowany polimer sprzęŝony Wykorzystywany do pokrywania transparentnych elektrod w organicznych diodach świecących oraz ogniwach słonecznych, tranzystorach FET Wspomaga transport dziur z (LED) i do (fotowoltaiki) elektrody Praca wyjścia (~5eV) zaleŝy od składu mieszaniny oraz preparatyki cienkiej warstwy Redukuje nierówności warstwy ITO elektroda Al mieszanina polimerów PEDOT:PSS szkłoito

Urządzenia dwuwarstwowe 2,7eV 2,8eV 4,8eV 3,6eV LUMO HOMO ITO PPV Ca diagram poziomów energetycznych MEH-PPV Urządzenia wielowarstwowe CN-PPV OC 6 H 13 OC 6 H 13 O H 13 C 6 O CN CN H 3 C O n H 13 C 6 O n 2,7eV 2,8eV 4,8eV 3,6eV ITO MEH-PPV CN-PPV Ca diagram poziomów energetycznych Heterozłą łącze jaka jest optymalna geometria? x z y 1.0 składnik A składnik B 1.0 składnik A składnik B 1.0 koncentracja 0.8 0.6 0.4 0.2 koncentracja 0.8 0.6 0.4 0.2 koncentracja 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 100 200 300 400 głębokość z [nm] 0.0 0 100 200 300 400 głębokość z [nm] 0.0 0 100 200 300 400 głębokość z [nm]

Masowe heterozłą łącze problem samoorganizacji E.Moons J. Phys.: Condens. Matter 14 (2002) 12235 12260 chloroform ksylen ZaleŜność wydajności polimerowej diody świecącej wykonanej z mieszaniny F8:F8BT:TFB od rodzaju uŝytego rozpuszczalnika toluen Powstawanie i rekombinacja ekscytonów Ekscyton to stan związany układu elektron dziura W przypadku układów molekularnych obserwujemy głównie ekscytony Frenkla (silnie związane) Ekcytony mogą występować w stanie singletowym lub trypletowym Zakładając, Ŝe Ŝaden układ spinów nie jest faworyzowany prawdopodobieństwo tworzenie ekscytonu w stanie trypletowym jest 3 razy większe niŝ w przypadku ekscytonu w stanie singletowym Nie ma pewności co do powyŝszego załoŝenia Z reguły przejść optycznych wynika Ŝe: promienista anihilacja ekscytonu następuje jedynie w przypadku stanów singeltowych Z powyŝszego wynika Ŝe współczynnik β nie moŝe być większy od ¼ Jak zwiększy kszyć β? fluorescencja przejście bezpromieniste fosforescencja stan wzbudzony singletowy stan wzbudzony trypletowy stan wzbudzony trypletowy

Jak zwiększy kszyć β? P. A. Lane et al. PHYSICAL REVIEW B 63 (2001) 235206 PFO PtOEP Kopolimery czyli jak precyzyjnie dobrać kolor P.L. Burn J. Am. Chem. SOC. 115(1993)10117 Absorpcja w kopolimerze typu 12b o róŝnym stosunku ilości segmentów w łańcuchu: 4:1 (linia ciągła),9:1 (linia kropkowana), 19:1 (linia przerywana) Jak uzyskać światło o białe M. Granstrom. O. Inganas Appl. Phys. Lett. 68(1996)147 Półprzewodniki Izolator PTOPT poly[3-(4-octylphenyl)-2,2 -bithiophene] 2-(4-biphenylyl)-5-(4-tertbutylphenyl)- 1,2,3-oxadiazole PMMA PMOT poly(3-methyl-4-octyltiophene) PCHT poly(3-cyclohexylthiophene) Budowa LED

Jak uzyskać światło o białe M. Granstrom. O. Inganas Appl. Phys. Lett. 68(1996)147 materiał PTOPT PCHT PMOT Max. elektroluminescencji 620 nm 560 nm 465 nm Widma elektroluminescencji dla róŝnych napięć: 5V ( ), 12V( ), 20V( ) Barwy emitowane przez diodę w zaleŝności od przyłoŝonego napięcia naniesione na trójkąt barw, w powiększeniu połoŝenie barwy białej Wyświetlacze porównanie technologii Wyświetlacze LCD Wyświetlacze OLED Wyświetlacze

Polimerowe wyświetlacze wietlacze Henning Sirringhaus, Nir Tessler, Richard H. Friend, Science 280(1998)1741 Lasery polimerowe M. Zavelani-Rossi, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 181105 Laser typu DFB (Distributed FeedBack) Zasada działania fotoluminescencja wzmocniona spontaniczna emisja akcja laserowa Schemat budowy oraz obraz topografii (AFM) lasera DFB wykonanego metodą miękkiej litografii z poly(9,9-dioctylfluorene) Widma emisji lasera DFB wykonanego metodą miękkiej litografii z poly(9,9-dioctylfluorene) Lasery hybrydowe Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 92(2008) 163306 Kopolimer ADS233YE (American Dye Source Inc.) Widmo absorpcji ADS233YE, oraz widmo emisji diody LED Widma emisji lasera DFB wykonanego na bazie kopolimeru ADS233Y

Lasery hybrydowe Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 92(2008) 163306 ZaleŜność natęŝenia promieniowania od prądu diody LED Widma emisji dla róŝnych prądów diody LED ZaleŜność natęŝenia promieniowania od kąta i długości fali Podsumowanie 1. W diodach LED wykoanaych z półprzewodników nieorganicznych rekombinacja promienista zachodzi w obszarze złącza 2. W jednowarstwowych OLED rekombinacja promienista zachodzi w całej objętości 3. Wydajność OLED zaleŝy od ruchliwości nośników w warstwie organicznej 4. W sąsiedztwie elektrod metalicznych następuje zmniejszenie wydajności fluorescencji 5. Zastosowanie dodatkowej warstwy PEDOT:PSS zwiększa wydajność procesu wstrzykiwania dziur i zmniejsza chropowatość elektrody ITO 6. Zastosowanie kompleksów zawierających metale cięŝkie zwiększa wydajność OLED 7. Zastosowanie kopolimerów pozwala na precyzyjny dobór poziomów energetycznych 8. Technologia organicznych diod świecących wyszła juŝ z etapu laboratoryjnego