ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК

А.Д. Никитин
Саратовский Государственный Технический Университет имени Гагарина
Ю.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ALQ3
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ OLED-СТРУКТУР
Научный руководитель: Ю.П Слаповская, К.Т.Н., доц. каф. ЭПУ
The article presents the results of the review of the materials used for the production of OLED
structures, and methods of applying thin organic films. The results of the study of the topography
and structure of Alq3 films obtained in the laboratory by methods of centrifugation and dip.
В статье приведены результаты обзора материалов, применяемых для получения OLEDструктур, и методов нанесения тонких органических пленок. Описаны результаты
исследования рельефа и структуры пленок Alq3, полученных в лабораторных условиях
методами центрифугирования и погружения.
Органический светоизлучающий диод (Organic Light Emitting Diode – OLED)
представляет собой полупроводниковое устройство, излучающее в результате
электролюминесценции некогерентный свет при пропускании через него
электрического тока [1]. OLED-структура представляет собой распределенную
по площади полупроводниковую структуру на основе тонких слоев
органических материалов, нанесенную между слоями катода и анода (рисунок
1).
Рисунок 1 – Схема OLED-устройства.
Излучаемый OLEDs свет обычно лежит в узком диапазоне спектра, а его
цветовые характеристики и интенсивность в основном определяются
структурой органического полупроводника. В качестве анода выступает тонкий
слой оксидa индия и олова (indium tin oxid, или ITO), нанесенный на
прозрачную стеклянную подложку. Так как этот слой является очень тонким,
он хорошо пропускает свет, образующийся при прохождении электрического
тока через светодиод. Основной, светоизлучающий слой, может состоять из
комплекса алюминия с 8-гидроксихинолином. Это соединение относится к
классу электролюминесцентных металлокомплексов, и оно выступает в данном
устройстве одновременно в двух ролях – в качестве светоизлучающего
материала и в роли полупроводника n-типа [2].
Свечение OLED возникает при пропускании через него электрического тока в
результате электролюминесценции. Транспорт электронов в светодиоде
происходит через нижнюю свободную молекулярную орбиталь (LUMO –
Lowest Unoccupied Molecular Orbital) органического электролюминесцентного
материала, а транспорт дырок – через его высшую занятую молекулярную
орбиталь (HOMO – Highest Occupied Molecular Orbital) [3].
Одним из основных элементов OLEDs является
светоизлучающее
электролюминесцентное (EML) соединение, от которого и зависят технические
характеристики органического светоизлучающего диода[4].
К строению рабочего вещества OLEDs предъявляются следующие требования:
1) возможность слияния электрона и дырки с образованием возбужденного
состояния;
2) возбужденное состояние должно с большой вероятностью высветиться;
3) рабочее вещество должно обладать хорошей электронной и дырочной
проводимостью;
4) соответствие работ выхода электродов положениям HOMO и LUMO
светоизлучающего вещества активного слоя.
Используемые в настоящее время материалы эмиссионных слоев можно
разделить на три группы:
1) сопряженные полимеры;
2) комплексы s, p, d-элементов с органическими лигандами;
3) комплексы лантанидов(III) с органическими лигандами.
Применение комплексов металлов в OLED началось с открытия именно
трис(8-гидроксихинолината алюминия) Alq3 (рисунок 2) в 1987 году . Alq3 –
очень стабильный материал, который можно сублимировать без разложения
при температуре около 350 ºС. В твердом состоянии эффективность его
фотолюминесценции составляет 32%. Подвижность электронов в пленках Alq3
оценивается величиной 10-5 см2/(В с), подвижность же дырок на два порядка
меньше [5].
Рисунок 2 – трис(8-гидроксихинолинат алюминия) Alq3.
Основными методами нанесения тонких пленок органического материала
являются: вакуумное напыление, электрофоретическое осаждение – методы,
требующие сложного технологического процесса. Для исследования
лабораторных образцов применяют метод центрифугирования, в связи с
отличной растворимостью в спиртовом растворе органического соединения при
нанесении части раствора на образец, и метод погружения образца в раствор.
Целью исследования было сравнить метод центрифугирования и погружения
для нанесения тонких пленок Alq3. Объект исследований – рельеф полученных
пленок.
Порошок Alq3 был растворен в спирте в концентрации 0,5 мг/мл. В течение 7
суток хранения исходного раствора осадка не выпало, что свидетельствует о
достаточной для эксперимента растворимости вещества. Необходимые для
нанесения растворов стекла подложек были обезжирены спиртом и высушены.
Было получено 4 образца.
На первый образец методом центрифугирования на малых оборотах (около
2000 об/мин) был нанесен объем раствора (объем нанесенного вещества
порядка 0,5-1 мл). На второй образец методом центрифугирования на высоких
оборотах (около 3000 об/мин) был нанесен объем раствора (объем нанесенного
вещества порядка 2-3 мл). Образцы были высушены на воздухе до
исчезновения капель растворителя и помещены в темный бокс.
На третий образец вещество было нанесено методом погружения. Рабочая
область стекла-подложки (5мм) погружалась на 10 секунд в пробирку с
раствором один раз, и поднималась со скоростью равной скорости погружения.
На четвертый образец вещество было нанесено также методом погружения,
причем рабочая область стекла-подложки (5мм) погружалась на 10 секунд в
пробирку с раствором три раза, и поднималась со скоростью равной скорости
погружения. Образцы были высушены на воздухе до исчезновения капель
растворителя и помещены в темный бокс.
Исследование поверхности образцов проводилось с помощью электронного
микроскопа. Были получены следующие структуры на подложках (Таблица 1).
Таблица 1
Центрифугирование
Погружение
Первый образец
Третий образец
2000 об/мин, 10х10 мм
Второй оразец
1 погружение, 10х5
Четвертый образец
3000 об/мин, 10х10 мм
3 погружения, 10х5 мм
Анализ сводной таблицы:
I. Первый образец. Метод центрифугирования (2000 об/мин). Частицы
вещества разных размеров, нанесены неравномерно.
II. Второй образец. Метод центрифугирования (3000 об/мин). Частицы
вещества одинаковых размеров, нанесены равномерно.
III. Третий образец. Метод погружения (одно погружение). Частицы
вещества одинаковых размеров, нанесены неравномерно.
IV. Четвертый образец. Метод погружения (три погружения). Частицы
вещества разных размеров, нанесены неравномерно.
Анализ полученных фотографий рельефа пленок показывает, что наиболее
эффективный способ нанесения пленки Alq3 из использованных –
центрифугирование на 3000 об/мин. В таком режиме получается однородная,
равномерная пленка. При погружении пленка получается неоднородной.
Увеличение числа операций погружения, увеличивает размер частиц вещества,
но пленка остается неравномерной.
Таким образом, был проведен обзор по материалам, применяемым для
получения OLED-структур, и методам нанесения тонких органических пленок.
В лабораторных условиях были получены пленки Alq3 методами
центрифугирования и погружения. Сравнительный анализ рельефа и структуры
пленок Alq3 показал, что получение качественных образцов органических слоев
Alq3 возможно при центрифугировании раствора рабочего вещества на высоких
оборотах.
Список использованной литературы.
1.
Органические светоизлучающие диоды (OLED), 2011 г. стр. 351. Издательство: Н.
Новгород: Деком. Автор: Бочкарев М.Н., Витухновский А.Г., Каткова М.А. ISBN: 978-589533235-1
2.
Нано- и микросистемная техника, №5(142), 2012 г.,УДК 544-022.532+544.6
Саратовский государственный университет, Формирование покрытий на основе микрочастиц
трис(8-гидроксихинолина) алюминия с наноразмерной полиэлектронной оболочкой методом
электрофоретического осаждения, Д.А. Заярский, вед.инж, С.А. Портнов, канд. физ-мат.
наук, Д.А. Горин, доктор хим. наук.
3.
Organic Light Emitting Diodes (OLED), 2014 г., Pforzheim University, Germany, Prof, Dr.
Karlheinz Blankenbach, D-75175 Pforzheim, Germany.
4.
Стахарный С. Перспективы органических светодиодов в системах освещения //
Современная светотехника. – 2010. – № 3. – С. 23–30.
5.
Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. / C. W. Tang, S. A. VanSlyke, 1987. - p. 913.