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我們研究了器件結(jié)構(gòu)為ITO/ hole-injection layer /N,N0-biphenyl-N,N0-bis-(1-naphenyl)-[1,10-biphthyl]4,40-diamine(NPB)/tris (8-hydroxyquinoline)aluminum(Alq3)/Al的發(fā)光二極管中，空穴注入層對有機發(fā)光二極管電學特性及外量子效率的影響。結(jié)構(gòu)中的NPB層采用真空熱蒸鍍法，在5×10-6torr壓力下以0.5-1.0Å/s的速率制備而成。我們對具有不同空穴注入層厚度的器件的電流電壓特性和外量子效率進行了計算。發(fā)現(xiàn)CuPc和PVK緩沖層的使用提高了器件某些方面的性能，如良好的機械結(jié)合、器件工作電壓的降低及能帶結(jié)構(gòu)調(diào)整。與未使用空穴緩沖層的器件相比較，我們發(fā)現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)為ITO/NPB/Alq3/Al的器件中NPB層的佳厚度為20nm。使用CuPc或PVK緩沖層的器件的外量子效率分別提高了28.9%和51.3%。
1、介紹
由于工作電壓、成本及功耗低，可自發(fā)光和多色發(fā)光（通過選擇發(fā)光材料），以及在顯示應(yīng)用上的潛力，有機發(fā)光二極管（OLED）是一種非常吸引人的技術(shù)[1 -3]。早在1963年，Pope等人就首次報道了蒽單晶的電致發(fā)光現(xiàn)象，但由于尺寸、單晶生長和驅(qū)動電壓高的限制，并未取得更大的進步。1990年，劍橋大學的Friend等人首次報道了使用聚對苯撐乙炔(PPV)的綠光聚合物發(fā)光二極管[5]。從那以后，人們在高效率和高穩(wěn)定性發(fā)光二極管方面取得了更大的進步[6-8]。
為提高OLED的性能，人們在ITO(indium-tin-oxide，銦錫氧化物)和空穴傳輸層之間插入一些有機材料作為空穴注入層。本文中，NPB被用作空穴傳輸層，而PVK（polyvinylcarbazole，聚乙烯咔唑)和CuPc（copper phthalocyanine，銅酞菁)被用作空穴注入層。在結(jié)構(gòu)為ITO/空穴注入層/NPB/Alq3/Al的器件中，我們通過分析器件的伏安特性、亮度-電壓特性、光效和外量子效率，來研究PVK和CuPc緩沖層對OLED器件的影響。
圖1.作為空穴傳輸層和緩沖層的有機材料的分子結(jié)構(gòu)：(a)NPB,(b)CuPc和(c)PVK
圖2.有機發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)
2、實驗
實驗中，我們選擇了兩種器件結(jié)構(gòu)作為比較：1）ITO/NPB/Alq3/Al，2）ITO/緩沖層/NPB/Alq3/Al。器件2）用來研究空穴注入層對器件性能的影響。另外，器件中的ITO玻璃由三星康寧提供，厚度為170nm，面電阻為15Ω/□。
室溫時使用王水（鹽酸與銷酸以3：1的體積比混合而成）蒸氣進行選擇性蝕刻10-20分鐘（ITO與蝕刻劑相距2cm），得到一個5mm寬的ITO帶狀線。將刻蝕后的ITO玻璃放入50℃的氯仿溶液中超聲清洗20分鐘，然后將其放入ITO玻璃放入80℃溶液中（經(jīng)二次蒸餾的去離子水、氨水和過氧化氫的體積比為5：1：1）保溫一小時，接下來再放入氯仿溶液中在50℃時超聲清洗20分鐘，后再分別放入丙酮溶液和去離子水中，在50℃時超聲清洗20分鐘。超聲清洗后，用氮氣將襯底吹干，真空下備用。
圖1a-c是用作空穴傳輸層的NPB和用作緩沖層的CuPc和PVK的分子結(jié)構(gòu)。圖2顯示的是ITO/緩沖層/NPB/Alq3/Al器件結(jié)構(gòu)示意圖。我們還對具有不同緩沖層厚度的有機發(fā)光二極管的電學特性進行研究。其中，CuPc薄膜厚度為25、30、35和40nm，PVK薄膜厚度為10.5、 11.0、11.5、12.5和13.5nm。
發(fā)光效率對顯示應(yīng)用來說非常有用。在公式[lm/W]中，L[cd/m2]是垂直于發(fā)光表面上的發(fā)光強度，J[A/m2]是電流密度，而V[V]是外加電壓。
圖3. 器件ITO/CuPc/NPB/Alq3/Al的I-V-L-η曲線（a）電流密度-電壓，（b）亮度-電壓，（c）發(fā)光效率-電壓和（d）外量子效率-電壓曲線。
3.結(jié)果和討論
3.1. CuPc緩沖層的特性
圖3顯示的是擁有ITO/CuPc/NPB (20 nm)/Alq3/Al結(jié)構(gòu)的器件的電流密度-電壓特性和亮度-電壓特性圖，當CuPc層的厚度在25-40nm之間變化時，隨著層厚度的增加，器件的電流密度和亮度也隨之增加，而器件的外量子效率在30nm時達到大。
