Введение к работе
Актуальность работы
В последние два десятилетия наблюдается повышенный интерес исследователей к люминесцентным металлоорганическим соединениям, которые могли бы послужить альтернативой, а впоследствии и заменой современным полупроводникам в целом ряде практических приложений. Интерес к данным материалам двоякий: с одной стороны имеется ряд фундаментальных задач, например установление взаимосвязи фотофизических характеристик со строением и составом веществ, с другой ряд практических, таких как создание на основе данных материалов органических светоизлучающих диодов (ОСИД) и фотопреобразующих устройств. Металлоорганические координационные соединения, применяемые в ОСИД, делятся на два класса: соединения s-, р-, d-элементов, в которых излучающими элементами являются органические лиганды, и комплексы редкоземельных элементов (РЗЭ), люминесценция которых обусловлена переходами между f-f уровнями иона РЗЭ.
ОСИД используются для создания нового поколения устройств отображения информации, дисплеев как с активной так и с пассивной матрицей, обладающих рядом конкурентных преимуществ, по сравнению с существующими ЖК-дисплеями, такими как высокая контрастность, энергоэффективность, малый вес и габариты, широкий угол обзора, и вероятно, более низкая себестоимость производства. Теоретически достижимая максимальная эффективность ОСИД составляет 100%, поэтому бурное развитие получило направление по созданию на их основе систем протяженных источников света. Несмотря на значительный прогресс в области создания органических светодиодов, ряд таких проблем, как стабильность характеристик ОСИД и неполная ясность в механизмах и причинах деградации, на сегодня остаются нерешенными. Кроме того, остается открытой проблема оптимизации структуры ОСИД
для каждого нового класса электролюминесцирующих соединений.
Менее известным является направление исследований, связанное с созданием на основе ОСИД с металлоорганическими соединениями, при использовании эффекта умножения фототока в органических материалах, преобразователей света из длинноволновой в коротковолновую область спектра. При этом к общим недостаткам ОСИД добавляется проблема перепоглощения излучения фотоумножающим материалом, а также ограниченность круга органических веществ, пригодных для использования в таких преобразователях.
Цель диссертационной работы
Реализация, подбор послойной структуры, и исследование физических процессов в ОСИД на основе металлоорганических комплексов цин-ка(П) с тетрадентатными основаниями Шиффа и комплексов тербия(Ш) с о-замещенными бензойными кислотами и трифенилфосфиноксидом. Выявление, детальное исследование процессов деградации в реализованных ОСИД и поиск путей борьбы с ними. Реализация тандемного усилителя-преобразователя света с пространственным разделением процессов умножения фототока и электролюминесценции на основе исследуемых соединений, получение преобразования длинноволнового внешнего света в более коротковолновое излучение исследуемых металлоорганических комплексов. Разработка модели работы усилителя-преобразователя и выяснение условий, приводящих к переходу от преобразования к усилению света.
Научная новизна работы состоит в тех новых результатах и положениях, которые выносятся на защиту. В работе были использованы новые методики изучения механизмов деградации ОСИД, а также изучены физические процессы в новом, впервые предложенном двухдиодном преобразователе света.
Практическая значимость
Полученные в работе результаты могут быть использованы в широком
спектре практических приложений, таких как создание полноцветных дисплеев, протяженных осветительных панелей и других устройств. Выявленные методы устранения деградации позволят в дальнейшем усовершенствовать рабочие характеристики созданных ОСИД и расширить область их практического применения. Реализованный тандемный усилитель-преобразователь света может быть использован для преобразования длинноволнового света в более коротковолновый.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 00-02-16607, 04-02-17040, 07-02-00495, 06-02-16399, 06-02-08120офи, 05-03-34821-МФ); программы Президиума РАН "Влияние атомно-кристаллической и электронной структуры на свойства конденсированных сред", тема "Одно-двухкомпонентные наноструктуры в конъ-югированных полимерных матрицах: оптические и электрические свойства"; программы Президиума РАН "Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных", тема "Светоизлучающие диоды на базе одно- двухкомпо-нентных наноструктур, внедренных в конъюгированные полимерные матрицы"; программы Президиума РАН "Фемтосекундная оптика и оптические материалы", тема "Фемтосекундная спектроскопия твердотельных гетерострук-тур с квантовыми точками"; проектом, ориентированный на создание эффективных светоизлучающих диодов, в рамках Государственной программы поддержки малого бизнеса СТАРТ-06, государственный контракт № 4487р/6697 от 30 июня 2006 г.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
1. Конструкция органических светодиодов со светоизлучающими слоями на базе металлоорганических комплексов цинка(П) с основаниями Шиффа ZnSALl, ZnSAL2, ZnMOl, ZnM02, а также комплекса тербия
с о-замещенной бензойной кислотой [ТЬ(РоЬг)з(ТРРО)2].
Разделение обратимой и необратимой деградации в органических свето-излучающих диодах на основе вышеперечисленных материалов. Захват носителей заряда ловушками является причиной обнаруженной обратимой деградации. Изменение условий протекания тока через органические светодиоды является следствием развития деградационных процессов в интерфейсных областях светодиодов при нагревании от 293 К до 320 К.
Конструкция двухдиодного органического преобразователя света с пространственным разделением фотоумножающей и светоизлучающей частей с использованием новых органических материалов. Представление активируемых полем структурных ловушек фотоумножающего диода в виде двух частей, внешней и внутренней. Максимальный коэффициент умножения в фотопреобразующей части двухдиодного органического преобразователя (Ю5) достигнут при температуре -20С, напряжении на фотопреобразующей части 38 В, мощности возбуждающего света 0.33 мкВт/см2.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях:
XLVIII Научная конференция МФТИ, 25-26 ноября, 2005 г., Долгопрудный.
XV International Symposium "Advanced Display Technologies-2006 (ADT' 2006)", October 3-5, P.N. Lebedev Institute, Moscow, Russia, 2006.
XXIII Международная Чугаевская конференция по координационной химии, 4-7 сентября, 2007 г., Одесса, Украина.
XVIII Конференция по фундаментальной атомной спектроскопии (ФАС - XVIII), 22-26 октября 2007 г., Звенигород.
XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 23-28 сентября 2007 г., Москва.
International conference on quantum optics and quantum information (ICQO' 2008), September 20-23, 2008, Vilnius, Lithuania.
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 6 статей в реферируемых российских и зарубежных журналах, 3 статьи в сборниках трудов конференций и 3 тезисов докладов.
Личный вклад автора
Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены лично автором, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации
