close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11684

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11684
(13) C1
(19)
H 01L 21/02
H 01L 33/00
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ПЛЕНКИ ОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКА
(21) Номер заявки: a 20070346
(22) 2007.04.03
(43) 2008.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Яблонский Геннадий Петрович (BY); Осипов Константин
Александрович (BY); Павловский
Вячеслав Николаевич (BY); Луценко Евгений Викторович (BY); Гурский Александр Леонидович (BY);
Хойкен Михаэль (DE)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) US 6784017 B2, 2004.
US 5908303 A, 1999.
US 5814533 A, 1998.
US 5334539 A, 1994.
JP 62206839 A, 1987.
JP 2006013499 A, 2006.
BY 11684 C1 2009.02.28
(57)
Способ повышения эффективности излучения пленки органического полупроводника,
при котором после осаждения пленки на подложку осуществляют ее термический отжиг,
отличающийся тем, что отжиг осуществляют продолжительностью 2-2,5 ч в атмосфере
азота при температуре на 10-15 °С ниже температуры стеклования материала пленки.
Фиг. 1
Изобретение относится к области создания тонких светоизлучающих пленок органических полупроводниковых материалов, используемых для изготовления светодиодов.
Одним из способов улучшения эксплуатационных параметров аморфных пленок органических полупроводников, используемых в светоизлучающих структурах, является
последующая обработка различными методами уже осажденных на подложку пленок по-
BY 11684 C1 2009.02.28
лупроводниковых материалов. Известно, что по окончании процесса осаждения органического полупроводника на подложку его молекулы при температуре окружающей среды
(комнатной) надолго фиксируются в аморфной пленке в своих положениях. Пленка остается нерелаксированной, т.е. энергия взаимодействия молекул остается не минимально
возможной для этой пленки, а положение и ориентация молекул в пленке не обеспечивают
максимальной эффективности ее излучения. Тепловое воздействие на аморфные пленки
является потенциально полезным, поскольку оно может обеспечить создание необходимых условий для позиционной и ориентационной релаксации молекул органического
полупроводника в пленке за счет возрастания их подвижности при повышенных температурах. Переупаковка молекул в более упорядоченную структуру (с меньшей энергией
межмолекулярного взаимодействия, минимальная энергия взаимодействия достигается
при формировании кристаллической структуры) по сравнению с исходной аморфной
пленкой, полученной непосредственно после осаждения на подложку, может привести к
улучшению излучательных свойств пленки. Релаксационная реструктуризация пленки
возможна в определенной мере как в процессе осаждения органического полупроводника
на нагретую подложку, так и после ее нанесения за счет преднамеренного термического
отжига в определенных условиях.
Известен способ формирования слоя, при котором производится осаждение органического полупроводникового материала в пленку на нагретую подложку [1]. Недостаток
способа состоит в том, что подслои пленки, более удаленные от подложки, в процессе
осаждения подвергаются термическому воздействию в течение меньшего промежутка
времени по сравнению с подслоями вблизи подложки. В результате взаимное расположение молекул будет изменяться от подложки к поверхности, и осажденная пленка будет
иметь неоднородную по глубине структуру. Приповерхностные подслои пленки, в которых происходит излучательная рекомбинация носителей заряда в диодной структуре, в
результате использования данного способа подвергаются кратковременному термическому
воздействию, недостаточному для того, чтобы в них произошли структурные изменения,
способствующие максимальному повышению эффективности люминесценции пленки.
Известен способ, при котором для увеличения эффективности люминесценции используют термический отжиг уже изготовленного всего органического светодиода. При
этом происходит уменьшение сопротивления между электрическим контактом и органическим слоем светодиода, что уменьшает рабочие напряжения [2]. Однако значительного
повышения эффективности люминесценции не происходит. Времени, в течение которого
производят термическую обработку (5-10 минут), недостаточно, чтобы возникли изменения в слое органического полупроводника, в результате которых эффективность излучения слоя могла бы многократно увеличиться. Кроме того, в случае отжига готового
светодиода, увеличивается вероятность интердиффузии органических материалов слоев,
формирующих светодиод, что отрицательно сказывается на рабочих характеристиках
прибора [3].
Задачей настоящего изобретения является определение условий термической обработки полупроводниковых пленок для многократного повышения эффективности их излучения с целью дальнейшего использования в светодиодных структурах. Поставленная задача
повышения эффективности излучения пленок органических полупроводников реализуется
способом, в котором эти пленки после осаждения на подложку отжигают в течение 2-2,5
часов в атмосфере азота при температуре ниже на 10-15 °С температуры стеклования материала пленки. Техническим результатом является значительное (до 10 раз) увеличение
эффективности излучения органических полупроводниковых пленок.
Способ повышения эффективности люминесценции органических полупроводниковых пленок рассмотрим на примере термического отжига органического полупроводника
N,N'-Di-[(1-naphthyl) - N,N'-diphenyl]-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (α-NPD).
Заявленный способ проиллюстрирован чертежами:
2
BY 11684 C1 2009.02.28
Фиг. 1 - схематическое изображение стенда для термической обработки пленок органических полупроводников.
Фиг. 2 - график зависимости интегральной интенсивности фотолюминесценции (ФЛ)
органического полупроводника α-NPD от температуры.
Фиг. 3 - график зависимости интегральной интенсивности ФЛ органического полупроводника α-NPD от времени отжига при температуре 80 °С.
Фиг. 4 - спектры ФЛ исходной (1) и отожженной при 80 °С в течение 120 мин (2) пленок органического полупроводника α-NPD.
Фиг. 5 - изображение поверхности исходной полупроводниковой пленки α-NPD, полученное с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ).
Фиг. 6 - изображение поверхности отожженной при температуре 120 °С полупроводниковой пленки α-NPD, полученное с помощью АСМ.
Пленку органического полупроводника 1 (фиг. 1), осажденную на подложку 2, помещают на нагреватель 3, температуру которого можно устанавливать в пределах от комнатной температуры до температуры стеклования материала пленки. Далее помещают
пленку и нагреватель в камеру 4, заполненную азотом, чтобы исключить взаимодействие с
окружающей средой (влага, кислород). После этого производится постепенное нагревание
пленки до температуры, которая на 10-15 °С ниже температуры стеклования материала
пленки. После достижения заданной температуры пленка отжигается в течение двух-двух
с половиной часов. Затем она охлаждается до комнатной температуры.
На фиг. 2 представлена зависимость интегральной интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) пленки α-NPD от ее температуры при возбуждении излучением импульсного
азотного лазера (λ = 337,1 нм, τимп = 8 нс, Iвозб = 200 Вт/см2). При нагревании со скоростью
∼ 13 К/мин сначала происходит небольшое уменьшение интенсивности ФЛ до температуры 70 °С, что связано с увеличением безызлучательной рекомбинации в этом температурном диапазоне. После этого интенсивность начинает увеличиваться с ростом
температуры. Это согласуется с температурой стеклования α-NPD (Tс = 95 °С), вблизи которой молекулы получают дополнительные степени свободы, что приводит к их переориентации (переупаковке) и изменению их взаимодействия в пленке. После достижения
160 °С рост интенсивности прекращается. При дальнейшем повышении температуры происходит уменьшение интенсивности ФЛ, связанное с деградацией материала пленки. Из
эксперимента видно, что отжиг в диапазоне температур 80-160 °С может приводить к значительному увеличению эффективности ФЛ.
Для того чтобы определить влияние температуры отжига на величину повышения эффективности ФЛ, был произведен отжиг при температурах 80 °С, 100 °С, 120 °С, 140 °С.
Увеличение интенсивности ФЛ достигало величины до 10 раз, при этом время отжига,
необходимое для достижения максимальной интенсивности ФЛ, уменьшается с ростом
температуры. На фиг. 3 представлена зависимость интегральной интенсивности ФЛ органического полупроводника α-NPD от времени отжига при температуре 80 °С в течение
трех часов, на фиг. 4 - спектры ФЛ пленки до и после отжига. Уже через 2 ч рост интенсивности ФЛ практически прекращается, и она достигает своего максимального значения.
Измерения шероховатости поверхности отожженных пленок α-NPD с помощью атомно-силового микроскопа показали, что отжиг при температурах, превышающих температуру стеклования Тс, приводит к значительному изменению морфологии поверхности и
существенному увеличению ее неоднородности по сравнению с поверхностью исходной
пленки (фиг. 5). При этом из пленки α-NPD образуется совокупность кристаллитов микронных размеров, дискретно расположенных на подложке (фиг. 6). Такое превращение
пленки исключает возможность ее дальнейшего использования в качестве светоизлучающего слоя органического светодиода. При отжиге, когда температура не превышает Тс,
3
BY 11684 C1 2009.02.28
шероховатость поверхности практически не изменяется по сравнению с исходной пленкой.
Таким образом, отжиг при Т = 80 °С приводит к многократному повышению эффективности излучения пленки без нарушения морфологии ее поверхности для последующего нанесения других слоев, формирующих органический светодиод. Это дает преимущество по
сравнению с отжигом всего светодиода как целого в тех случаях, когда нагрев слоев светодиода, наносимых после светоизлучающего слоя, приводит к негативным эффектам
(интердиффузии органических материалов дырочной и электронной проводимости, разрушающей поверхность контакта двух полупроводников, ухудшению рабочих характеристик (например, подвижности носителей заряда) последующего смежного слоя органического полупроводника, обеспечивающего транспорт носителей заряда противоположного
знака в излучающий слой). То есть температура на 10-15 °С ниже температуры стеклования материала пленки является наиболее оптимальной температурой отжига для аморфных пленок α-NPD. Следует отметить, что в данном случае происходит непосредственное
влияние отжига на эффективность излучающего слоя органического полупроводника и
повышается величина возрастания эффективности по сравнению с [1]. В дальнейшем использование данного слоя в светодиодной структуре в качестве излучающего слоя аналогично светодиоду, описанному в [4], может на порядок повысить эффективность прибора.
Источники информации:
1. Gao Z.Q., Lai W.Y., Wong Т.С., Lee С.S., Bello I., and Lee S.T. Organic electroluminescent devices by high-temperature processing and crystalline hole transporting layer // Appl.
Phys. Lett. - V. 74. - No. 22. - 1999. - P. 3269-3271.
2. Патент US 6784017, MПK7H 01L 51/40; H 01L 51/05.
3. Masamichi Fujihira, Lee-Mi Do, Amane Koike, and Eun-Mi Han. Growth of dark spots
by interdiffusion across organic layers in organic electroluminescent devices // Appl. Phys. Lett. V. 68. - No. 13. - 1996. - P. 1787-1789.
4. Kijima Y., Asai N., Tamura S. A blue organic light emitting diode // Jpn. J. Appl. Phys. V. 38. - Part 1. - No. 9A. - 1999. - P. 5274-5277.
Фиг. 2
4
BY 11684 C1 2009.02.28
Фиг. 3
Фиг. 4
5
BY 11684 C1 2009.02.28
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 071 Кб
Теги
by11684, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа