异质结二极管的能带工程优化

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：8.5.3.1 电极的选择为了产生光子，载流子必须首先注入半导体材料中。

8.5.3.1 电极的选择

为了产生光子，载流子必须首先注入半导体材料中。必须选择具有某种功函数的阳极和阴极，功函数的作用是将势垒分别限制于相邻半导体的HOMO能级和LUMO能级。此外，至少一个电极必须是透明或半透明的，且两个电极必须均具有足够的热动态稳定性，以避免器件性能过早地降低。

8.5.3.2 骤熄（Quenching）现象

假设电极的费米能级对准HOMO能级和LUMO能级（故为欧姆接触），有机半导体的迁移率和电导率均各不相同。因此，在单层OLED（见图8-8左图）中，空穴-电子对最有可能形成的区域靠近其中一个电极。对于在电极连续能级中形成的激子，可能会引起非辐射弛豫或骤熄。

图8-8 单层二极管的能带图（左图）和双层二极管的能带图（右图）

单层二极管的效率不高，原因包括骤熄现象、HOMO能级和LUMO能级电导率的差异、单一类型载流子造成的段保护注入差异等。事实上，结构中的不平衡电荷必然造成很低的最终效率。

为了避免骤熄现象，OLED可采用包含两种有机半导体的双层二极管结构。阴极为高电子电导率的半导体而阳极为高空穴电导率的阳极，使复合区远离电极固定在异质结。

8.5.3.3 材料特性

目前，OLED趋向于采用多层结构，根据OLED的主要特性而采用许多材料。这些层包括：

1）HTL（空穴输运层）：高空穴电导率层。

2）EBL（电子阻挡层）：低能量LUMO能级层。

3）EL（发光层）：特定颜色的发光层。

4）HBL（空穴阻挡层）：高能量HOMO能级层。

图8-9 多层OLED的能带图，从左至右：阳极/HTL/EBL/EL/HBL/ETL/阴极

5）ETL（电子输运层）：高电子电导率层。

图8-9给出了多层OLED的概念，上述各层从左至右依次排列。

还可在OLED中增加空穴注入层（HIL）和电子注入层（EIL），它们的作用是改善载流子从电极向输运材料中的注入。

8.5.3.4 电掺杂

OLED输运层可用常规的微电子技术进行掺杂，但却限制了HIL和EIL材料的使用。掺杂并不适合于有机微电子学，实际上是引入了特殊性质的分子。因此，多于n型（p型）掺杂，必须使用空穴（电子）载流子材料。它的HOMO（LUMO）能级必须介于EIL（HIL）的LUMO（HOMO）能级和阴极（阳极）的功函数之间。

掺杂输运层的使用解除了对电极功函数的限制，使在不增加工作电压的前提下增加输运层的厚度成为可能，还增加了阻挡层和发光层内注入载流子的密度。

异质结二极管的能带工程优化

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