有機電致發光器件的磁電導效應研究進展

喻駿達（湖南師范大學附屬中學，湖南 長沙 410006）

有機電致發光器件的磁電導效應研究進展

喻駿達（湖南師范大學附屬中學，湖南 長沙 410006）

有機電致發光器件能夠在恒定外加偏壓下，將通過器件產生的電流現象稱為磁電導效應。由于發電器件對磁場非常敏感，一旦給器件施加偏壓，器件的電流就會發生明顯的變化。研究人員就可以根據實現測定的B-I1曲線計算出外加磁場的大小。由于有機電致發光器件中存在著復雜的激發態過程，所以，研發人員只有充分了解這些復雜的物理機制，才能夠研發出更高校的器件。所以，本文將對有機電致發光器件的磁電導效應進行研究和說明，具有重要的意義。

有機電致發光器件；磁效應；三重態激子

1 研究背景

上世紀八十年代，C.W.Tang成功研發出了綠光熒光器件，讓有機電致發光器件得到了快速的發展。隨著世界各國研究人員不斷研發有機熒光磷光材料，有效的提高了有機電致發光器件的發光亮度，使得有機電致發光器件逐漸進入到商業市場。有機電致發光器件同傳統的LED和LCD器件相比，具備色彩鮮艷、對比度高、可制作成柔性曲面的數碼產品等優點，因此，被二十一世紀廣泛使用。所以，本文為了研究有機電致發光器件的磁效應，需要以器件的外磁場與器件內部的激子、載流子的傳輸等切入點，來了解有機電致發光器件的原理，有利于完善有機電子學方面的理論知識，設計出更加科學、合理的有機電致發光材料和器件結構。

2 有機電致發光器件發光的基本物理過程

有機電致發光器件的發光過程需要經歷四個步驟，首先，需要保證載流子是直接從電極進入到器件中的。其次，觀察載流子會在有機層中發生遷移。然后，載流子會在發光區域形成獨特的激子。最后，激子一旦推激，人們就可以通過器件看見激子發出的光。研發人員為了保證器件的發光亮度，需要選擇使用功函數高的陽極材料和功函數低的陰極材料來制作器件，當電子和孔穴傳輸到發光層后，由于科倫作用，兩者之間的相鄰分子就會在庫倫作用下形成極化子對。然后再根據量子力學的知識，可以形成單重態極化分子和三重態極化子對。如果兩者進一步縮小，兩者就會直接進入到一個分子中，形成激子。

3 有機電致發光器件的磁電導效應的幾種模式

3.1 超精細相互作用模型

2003年，Kalinowski等人在進行Alq3有機電致發光器件的磁效應研究時，發現了外加磁場增加到300mT的時候，有機電致發光器件的發光亮度將會隨著磁場的增加而變亮，說明了磁場效應的強弱能夠影響器件的發光亮度。因為，在有機物中氫原子核會形成一個超精細的BH磁場，當無外加磁場的時候，載流子的自旋具備不確定性。所以，很容易造成單重態與三重態的電子的孔穴發生對能相互轉化，導致外加磁場能夠抑制單重態激子數目的增加，更容易形成解離成載流子，使得器件中的電流增大，發生磁電導效應。

3.2 三重態激子—電荷反應模型

2007年，Desai等人對三重態激子的電荷作用規律模型進行了研究，發現了三重態激子的磁電導效應能夠使得外加磁場變大，從而增加三重態激子的單重態轉化概率，降低載流子的散射幾率。Hu等人也認為載流子在注入非平衡的狀態下，磁電導效應才明顯，他提出磁場能夠有效的加重三重態激子的單重態激子的轉化，使得器件內部單重態激子的數目增加解離成二次載流子，從而產生出正磁電導效應。

3.3 雙極化模型

2007年，Bobbert等人對外加磁場進行研究，認為外加磁場能夠改變載流子的遷移率。因為，雙極化子電子在孔穴中可以形成激子，它是載流子的傳輸節點，由于載流子之間充斥著庫倫斥力，導致兩者的能量處于不高的晶格節點上，最終形成單重態的雙極化子。當無外加磁場時，氫原子核將受到超精細的作用影響，使得電子和孔穴都繞著它做拉莫旋進，然后隨著超精細耦合場的方向轉變，改變載流子的方向，使載流子占據節點形成電流。當節點中含有一個電子或者孔穴時，其他的電子或者孔穴只需要按照自旋轉的方向就能夠形成電流。當存在外加磁場時，器件內部的載流子不但會受到超精細耦合場的影響，還會受到外加磁場的影響，使得載流子趨向于超精細耦合場的方向做拉莫旋進，使得器件內部的載流子與外加磁場的旋轉方向一致。如果晶格節點上還存在著載流子，那么其他的載流子就會選擇繞開節點進行遷移，這種方式會造成載流子的遷移率變小，最終形成磁電導效應。

4 磁電導效應的研究進展

磁電導效應在2003年被研發出來后，受到了全世界專家的關注。但是，由于世界各國的專家在磁電導效應的研究上還不到位，導致磁電導效應產生的機理研究仍舊處于初級階段。當前，研究人員只能夠從定性的角度來研究磁電導模型，在研究電子、孔穴傳輸材料、器件結構等方面的時候，不同的研究人員將得出不同的研究成果，因此，導致研究結論相互矛盾，所以，目前，還沒有哪一種模型能夠清楚的解釋所有的實驗現象，無法說明有機功能層中載流子的自旋過程，電子的形成過程等機理。但是，由于磁效應中電流的變化在器件中非常明顯，因此，研究人員可以通過給器件施加恒定偏壓，來測量器件中的電流變化，從而得知磁場的大小。

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