Khóa luận Khảo sát tính chất quang điện của Alq3 - Ứng dụng trong chế tạo OLED

mặt Đế trong suốt Anode trong suốt Cathode lim loại Tổ hợp cấu trúc hữu cơ Đế thủy tinh/loại khác Anode trong suốt Cathode Tổ hợp cấu trúc hữu cơ Đế thủy tinh/loại khác Cathode trong suốt Anode Tổ hợp cấu trúc hữu cơ Cấu trúc “ñảo” Cấu trúc “không ñảo” Hình A.II.13: Cấu trúc OLED truyền thống và OLED phát xạ thông qua bề mặt. II.3.2. OLED trong suốt (TOLED) : OLED trong suốt có cả hai ñiện cực ñều là vật liệu trong suốt TCO. Ánh sáng sinh ra có thể phát ra ngoài thông qua cả hai mặt của linh kiện. OLED trong suốt có nhiều ứng dụng trong màng hiển thị trong suốt và OLED trắng. Đế thủy tinh/loại khác Anode trong suốt Cathode trong suốt Tổ hợp cấu trúc hữu cơ Hình A.II.14: Cấu trúc OLED trong suốt II.3.3. OLED trắng : Nguyên tắc của việc chế tạo OLED trắng là dựa trên sự tổng hợp ánh sáng của các màu cơ bản : ñỏ (Red), xanh lá cây (Green) và xanh lam (Blue) có cường ñộ bằng nhau (hình A.II.15). Như vậy, ta có thể tạo ra một OLED trắng gồm 3 OLED nhỏ phát ra 3 màu trùng lên nhau [2]. Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 32 ~ Hình A.II.15: Minh họa OLED trắng Có nhiều cách ñể chế tạo OLED trắng .Cách ñơn giản nhất là chế tạo 3 OLED riêng biệt phát ra 3 màu, ñặt ba OLED này sát nhau trên cùng một ñơn vị hiển thị (pixel). Kích thước rất nhỏ của OLED sẽ làm mắt người có cảm giác chúng chồng lên nhau, do ñó sẽ có cảm giác là OLED này phát ra màu trắng (hình A.II.16 (a)). Ngoài ra, có thể chế tạo OLED trắng ứng dụng từ hiện tượng quang phát quang. Bằng cách thêm vào các OLED nhỏ trên mỗi pixel một lớp phát ánh sáng xanh lam, phủ phía trên các lớp phát quang ñỏ và xanh lục. Ánh sáng màu xanh phát ra từ lớp vật liệu này sẽ kích thích sự phát quang của các lớp vật liệu phát ánh sáng ñỏ và xanh lá cây phía dưới, tổng hợp với một OLED xanh lam tạo thành ánh sáng trắng phát ra ngoài (hình A.II.16 (b)). Tuy nhiên, nhược ñiểm lớn nhất của phương pháp này là do tồn tại ñồng thời của cả 3 OLED trên cùng một pixel nên mỗi pixel phải có diện tích tương ñối lớn, làm giảm ñộ phân giải trong trường hợp ứng dụng làm màn hình hiển thị. Hình A.II.16: OLED phát ánh sáng trắng với các OLED nhỏ xếp sát nhau (a) và OLED nhỏ phát ánh sáng theo cơ chế quang phát quang (b) Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 33 ~ Để khắc phục nhược ñiểm trên, các OLED phát ánh sáng ñỏ, lục và lam ñược xếp chồng lên nhau trên cùng một pixel (gọi là Stack OLED) (hình A.II.17). Trong ñó, OLED trên cùng phải là OLED phát xạ ñảo (ánh sáng phát ra phản xạ trên bề mặt bóng của kim loại và phát ngược lại ra ngoài), hai OLED phía dưới là các OLED trong suốt. Sự chồng chập của ánh sáng phát ra từ mỗi linh kiện ñơn sẽ tạo thành ánh sáng trắng phát ra ngoài qua ñế thủy tinh. Ưu ñiểm của phương pháp này là có thể chế tạo các pixel có kích thước nhỏ ñể tăng ñộ phân giải. Tuy nhiên, việc tìm ra loại vật liệu ñể chế tạo các OLED trong suốt và phương pháp chế tạo (tạo ñiện cực xen kẽ với các lớp vật liệu hữu cơ) cũng là một thách thức ñối với các nhà khoa học. Hình A.II.17: OLED trắng với các lớp phát quang và ñiện cực xếp chồng ñược chế tạo trên ñế thủy tinh II.4. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn : Thông thường, tiếp xúc kim loại bán dẫn thường ñược chia làm hai loại: tiếp xúc Schottky và tiếp xúc Ohmic. Việc phân loại này dựa vào sự khác biệt giữa công thoát của kim loại và công thoát của bán dẫn tiếp giáp với nó. Công thoát của kim loại là năng lượng cần thiết ñể tách 1 electron ra khỏi nguyên tử kim loại, ñược tính từ mức Fermi của kim loại ñến mức chân không. Tương tự, công thoát của bán dẫn ñược tính là khoảng cách từ mức chân không ñến mức Fermi của bán dẫn ñó [1]. Một tiếp xúc kim loại ñược gọi là Schottky khi công thoát của kim loại lớn hơn công thoát của bán dẫn loại n hoặc nhỏ hơn công thoát của bán dẫn loại p (so với mức chân Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 34 ~ không). Ngược lại, khi công thoát của kim loại nhỏ hơn công thoát của bán dẫn loại n và cao hơn công thoát của bán dẫn loại p, tiếp xúc ñó ñược gọi là Ohmic[1]. Hình A.II.18: Các mức năng lượng của kim loại và bán dẫn loại n trước khi tiếp xúc II.4.1. Tiếp xúc Schottky : Xét tiếp xúc giữa kim loại có công thoát ΦM và bán dẫn loại n có công thoát ΦS, với ΦM > ΦS. Giả sử bán dẫn ñang xét tại nhiệt ñộ phòng, khi ñó các tạp Donor của bán dẫn loại n ñều bị ion hóa, sinh ra một lượng electron ở vùng dẫn. Khi ñặt kim loại và bán dẫn tiếp xúc với nhau, do sự chênh lệch mức Fermi, các electron từ bán dẫn dịch chuyển sang phía kim loại, do ñó phía kim loại ngày càng mang ñiện tích âm, mức Fermi của kim loại tăng lên. Ngược lại, về phía bán dẫn ngày càng mang ñiện tích dương nên mức Fermi của bán dẫn hạ xuống cho ñến khi mức Fermi của kim loại và bán dẫn ngang bằng nhau. Kết quả là hình thành một rào thế tại bề mặt tiếp giáp. Đối với kim loại, rào thế này ñược xác ñịnh bằng eVM = ΦM – ΦS. Tương tự, ñối với bán dẫn loại n cũng xuất hiện một rào thế có năng lượng bằng eVS = ΦM – χ với χ là ái lực ñiện tử (là năng lượng cần thiết ñể tách 1 electron từ ñáy vùng dẫn của bán dẫn ra chân không). Khi ñó hệ ở trạng thái cân bằng, không có dòng electron từ kim loại sang bán dẫn và ngược lại. Khi ñặt một ñiện thế V vào chuyển tiếp, tùy vào chiều của ñiện áp mà mức Fermi của bán dẫn ñược nâng lên hoặc hạ xuống, làm thay ñổi chiều cao rào thế của tiếp giáp này, xuất hiện dòng electron từ bán dẫn di chuyển sang kim loại (phân cực thuận) hoặc ngược lại (phân cực nghịch). Tính chất như vậy của tiếp xúc Schottky gọi là tính chỉnh lưu [6] ( hình A.II.19) Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 35 ~ Hình A.II.19: Chuyển tiếp Schottky ñặt tiếp xúc nhau trong trường hợp(a) cân bằng, (b) phân cực thuận và (c) phân cực nghịch II.4.2. Tiếp xúc Ohmic : Xét tiếp xúc giữa kim loại có công thoát ΦM và bán dẫn loại n có công thoát ΦS, ΦM < ΦS, do ñó khi ñặt kim loại và bán dẫn tiếp xúc nhau, electron sẽ di chuyển từ kim loại sang bán dẫn, làm kim loại tích ñiện dương và bán dẫn tích ñiện âm. Khi ñó, mức Fermi của kim loại sẽ dịch chuyển xuống, trong khi mức Fermi của bán dẫn sẽ dịch chuyển lên, ñến khi mức Fermi của kim loại ngang bằng với bán dẫn thì hệ ñạt trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, ở trạng thái này, không có sự hình thành rào thế cho electron (loại n) hoặc lỗ trống (loại p), do ñó lớp chuyển tiếp không có tính chỉnh lưu [6] Hình A.II.20: Chuyển tiếp Ohmic ở trạng thái cân bằng II.4.3. Các dipole bề mặt : Xét OLED ñược chế tạo theo cấu trúc Anode/Vật liệu hữu cơ/Cathode. Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 36 ~ Theo lý thuyết Schottky-Mott, khi electron và lỗ trống phun từ các ñiện cực vào lớp hữu cơ này, nó phải vượt qua rào thế Φh = I – ΦA cho lỗ trống và Φe = ΦC – A cho electron, với ΦA và ΦC lần lượt là công thoát của anode và cathode, I và A là năng lượng ion hóa và ái lực ñiện tử của vật liệu hữu cơ. Theo mô hình này, sự chênh lệch mức chân không và các tương tác bề mặt ñược bỏ qua, ñộ lớn của các rào thế Φh và Φe phải phụ thuộc tuyến tính vào công thoát của anode và cathode. Tuy nhiên, kết quả các nghiên cứu của C.W.Tang [27] , Isjii [28] lại cho thấy sự phụ thuộc này là không tuyến tính. Từ ñó có thể kết luận rằng mô hình này chưa thực sự mô tả một cách ñầy ñủ tính chất của tiếp giáp kim loại – bán dẫn. Để giải thích sự không phù hợp của mô hình Schottky – Mott, nhóm nghiên cứu H. Ishii và I.G.Hill ñã tiến hành các thí nghiệm một cách ñộc lập và ñưa ra mô hình chuyển tiếp, trong ñó có sự ảnh hưởng của các dipole bề mặt. Sự xuất hiện của các dipole này làm dịch chuyển mức chân không của lớp hữu cơ, làm cho nó không còn thẳng hàng với mức chân không của kim loại. Khi ñó, ñộ cao rào thế của lỗ trống và electron sẽ ñược bổ sung thêm năng lượng của các dipole này và có giá trị bằng Φh = I– ΦA + ∆ cho lỗ trống, Φe = ΦC – A – ∆ cho electron. Trong từng trường hợp cụ thể, ∆ có các giá trị khác nhau. Trong trường hợp tiếp giáp là Alq3 và Al, Độ chênh lệch năng lượng ∆ này có thể tính bằng công thức [6]: eFdE E edN g g SM IT dipole −+       +−Φ −=∆ κ χ ε 2 . Với : d là khoảng cách giữa 2 trạng thái gần nhất trong quá trình hopping N là mật ñộ liên kết hóa học ΦM là công thoát kim loại χ là ái lực ñiện tử của chất hữu cơ ε là hằng số ñiện môi môi trường Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 37 ~ F là ñiện trường κ là tổng các tương tác coulomb tại bề mặt Hình A.II.21: Tiếp giáp kim loại – bán dẫn có kể ñến ảnh hưởng của dipole bề mặt (a) và minh họa một số nguyên nhân gây ra hiện tượng này (b). Các dipole này xuất hiện ở các mặt tiếp giáp kim loại – hữu cơ hoặc giữa các lớp hữu cơ với nhau, làm mức chân không của lớp hữu cơ, thông thường là bị hạ thấp xuống so với phía ñiện cực kim loại (hình A.II.21 (a)). Sự hạ thấp này góp phần làm giảm ñộ cao rào thế, góp phần tăng cường quá trình phun hạt tải. Công thoát của kim loại dùng làm ñiện cực càng lớn thì sự chênh lệch các mức chân không này càng cao. Ngoài ra, trong tiếp giáp hữu cơ – hữu cơ, dipole bề mặt này có thể bỏ qua nếu sự chênh lệch năng lượng giữa hai lớp này không lớn (<0,3eV). Nguyên nhân của sự hình thành các dipole bề mặt này hiện nay vẫn chưa rõ ràng. Các tác giả cho rằng sự xuất hiện các dipole bề mặt là do quá trình truyền ñiện tích làm xuất hiện các lưỡng cực ñiện trên bề mặt tiếp giáp, ảnh hưởng của hiện tượng ảnh ñiện và phản ứng hóa học giữa hai loại vật liệu (hình A.II.21 (b)). Tuy nhiên, các giả thuyết trên còn gây nhiều tranh cãi và hiện nay vẫn tiếp tục ñược nghiên cứu. II.4.4. Sự hạ thấp rào thế trong tiếp xúc kim loại – bán dẫn : Xét tiếp xúc kim loại – bán dẫn có ñộ chênh lệch mức năng lượng giữa công thoát W của kim loại và mức LUMO của bán dẫn là Φ. Khi hạt tải, giả sử là electron, phun từ kim loại vào lớp hữu cơ ở vị trí x, theo nguyên lý ảnh ñiện, hình thành một ñiện tích ảnh của electron này qua bề mặt tiếp giáp và có ñiện tích bằng trái dấu ở vị trí -x. Lực tương tác Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 38 ~ giữa electron và ñiện tích ảnh của nó, hay còn gọi là lực ảnh ñiện, xác ñịnh bằng biểu thức ( ) 20 2 2 0 2 1624 x e x eF piεεpiεε − = − = Khi ñó, công làm dịch chuyển electron từ khoảng cách x tới ∞ bằng : x e x eFdxxU x x 1 1616 )( 0 2 2 0 2 piεεpiεε = − −=−= ∫ ∫ ∞ ∞ Năng lượng này cũng chính là thế năng tương tác của electron ở khoảng cách x với mặt tiếp giáp. Khi nối các ñiện cực vào nguồn ñiện, dưới tác dụng của ñiện trường F, electron chịu tác dụng của lực ñiện trường – eF, thế năng tổng cộng lúc này là sự tổng hợp công do lực ñiện trường và lực ảnh ñiện tác dụng lên electron ở khoảng cách x: eFx x e xE −−= 1 16 )( 0 2 piεε Từ biểu thức của thế năng tổng cộng cho thấy, rào thế giữa lớp tiếp giáp kim loại-bán dẫn bị giảm ñi một lượng 04piεε eF =∆Φ , cũng là giá trị cực ñại của thế năng toàn phần. Hiện tượng này vẫn xảy ra ngay cả khi không có ảnh hưởng của ñiện trường ngoài, là do ñiện trường nội tạo bởi tiếp xúc kim loại-bán dẫn. Mặc dù trong các chất hữu cơ, ε có giá trị lớn làm giảm ảnh hưởng của hiện tượng hạ thấp rào thế này, tuy nhiên nó vẫn ñóng góp cho sự tăng cường quá trình phun hạt tải từ các ñiện cực vào các lớp vật liệu hữu cơ [6]. Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 39 ~ Hình A.II.22: Minh họa sự hạ thấp rào thế dưới ảnh hưởng của ñiện trường. Đường nét liền mảnh mô tả thế năng gây bởi trường ngoài, ñường nét ñứt thể hiện thế tĩnh ñiện giữa electron và ñiện tích ảnh. Đường nét liền ñậm thể hiện thế năng tổng cộng, cho thấy rào thế giữa tiếp xúc kim loại – bán dẫn ñã bị giảm ñi một lượng ∆Φ so với ban ñầu. II.5. Hiệu suất và các phương pháp nâng cao hiệu suất phát quang : Hiệu suất phát quang của linh kiện ñược ñịnh nghĩa là lượng hạt tải tái hợp phát quang trên tổng số hạt tải trên một ñơn vị diện tích trong một ñơn vị thời gian. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất và các cơ chế gây ra mất mát trong quá trình hoạt ñộng sẽ giúp ích trong việc nghiên cứu chế tạo linh kiện có hiệu suất cao [2,8,24]. II.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất phát quang của OLED : • Điện tử và lỗ trống phun từ các ñiện cực vào lớp vật liệu hữu cơ sẽ hình thành cặp exciton. Sự tái hợp các exciton này sẽ sinh ra photon, làm OLED phát ra ánh sáng. Tuy nhiên, không phải tất cả các hạt tải ñược tạo ra ñều tái hợp với nhau tại vùng phát ñể tạo ra photon. Nguyên nhân là do sự khác biệt về ñộ linh ñộng của hai loại hạt tải. Loại hạt tải có ñộ linh ñộng cao hơn sẽ di chuyển nhanh hơn quá trình tái hợp sẽ xảy ra ở gần ñiện cực của hạt tải có ñộ linh ñộng thấp. Sự tái hợp xảy ra ở gần các ñiện cực dễ bị dập tắt và không ñóng góp vào sự phát quang của linh kiện. Ảnh hưởng của yếu tố cân bằng hạt tải ( γ ) ñến hiệu suất phát quang . • Trong số cặp ñiện tử-lỗ trống kết cặp ñược hình thành, sự tái hợp có thể xảy ra theo cơ chế tái hợp phát xạ - singlet hoặc tái hợp không phát xạ - triplet. Vì vậy, tỉ Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 40 ~ số lượng hạt tải tái hợp theo cơ chế singlet và triplet ñóng vai trò quan trọng ñối với hiệu suất của OLED. • Yếu tố thứ ba ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của OLED là hiệu suất phát quang nội của vật liệu hữu cơ và sự mất mát do cơ chế dập tắt exciton, ñược xác ñịnh bằng số photon phát ra trên tổng số tái hợp singlet. • Một lượng photon sinh ra từ sự tái hợp không thể thoát ra khỏi linh kiện do hiệu ứng coupling ngoài cũng gây ra sự hao hụt trong hiệu suất. Cả bốn yếu tố trên ñều có ảnh hưởng quan trọng tới hiệu suất phát quang, hay còn gọi là hiệu suất lượng tử ngoại của linh kiện. Sự phụ thuộc ñược biểu diễn thông qua hệ thức: couplingstext qr ηγη ×××= Với : ηext là hiệu suất lượng tử ngoại. γ là ñại lượng ñặc trưng cho sự cân bằng hạt tải. rst là tỉ số tái hợp singlet / triplet. q là hiệu suất lượng tử nội, ñặc trưng bởi số photon / số tái hợp singlet. ηcoupling số photon thoát ra khỏi linh kiện / tổng số photon tạo thành. II.5.2. Một số phương pháp giúp nâng cao hiệu suất phát quang : II.5.2.1. Thừa số cân bằng hạt tải γ : Trong các vật liệu hữu cơ, hạt tải lỗ trống thường có ñộ linh ñộng cao hơn electron, do ñó nó dễ dàng di chuyển ñến cathode và tái hợp với electron ñược phun ra từ các ñiện cực này. Sự tái hợp tại các vị trí này không ñóng góp vào sự phát quang chung của linh kiện. Đối với OLED ñơn lớp sự cân bằng hạt tải trong vùng phát quang là rất khó ñạt ñược. Để khắc phục tình trạng này, các OLED ña lớp ñược chế tạo, với các lớp phun và truyền ñiện tích bên cạnh lớp phát quang. II.5.2.2. Tỉ số Singlet/ Triplet rst : Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 41 ~ Theo thống kê ñơn giản dựa trên các trạng thái spin cho thấy tỉ số giữa exciton singlet trên tổng số exciton hình thành là 1/4 và triplet là 3/4 [24, 29], mà chỉ có sự tái hợp singlet có khả năng phát quang nên hiệu suất lượng tử nội của linh kiện chỉ ñạt 25%. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần ñây của Baldo [30] cho thấy tỉ số exciton này có thể ñạt giá trị lớn hơn 1/4, ñồng nghĩa với việc tăng hiệu suất lượng tử nội của linh kiện. Các thí nghiệm ñược thực hiện trên trên các OLED có thành phần chính là polymer và vật liệu phân tử nhỏ. Kết quả cho thấy tỉ số trên trong vật liệu phân tử nhỏ là 25%, trong khi ñối với các vật liệu polymer có thể lên ñến 50%. Bên cạnh ñó, trong một số trường hợp, có thể tạo ra photon từ các exciton triplet, dẫn ñến việc tăng hiệu suất lượng tử nội. Trên thực tế, kết quả của sự tái hợp từ các trạng thái triplet có thể là phát xạ hoặc không phát xạ. Sự phát xạ trong trường hợp này xảy ra trong thời gian rất dài (phát lân quang), do ñó sự hủy theo cơ chế không phát xạ thường chiếm ưu thế. Tuy nhiên, sự phát lân quang có thể ñẩy nhanh bằng việc pha tạp hoặc tạo ra các khuyết tật trong lớp hữu cơ phát quang. II.5.2.3. Hiệu suất lượng tử nội q : Hiệu suất lượng tử nội ñược ñánh giá thông qua tỉ số giữa các tái hợp phát xạ và tái hợp không phát xạ trên tổng số tái hợp singlet. Tỉ số này có thể thay ñổi với các loại vật liệu khác nhau, khoảng 40% ñối với hầu hết polymer và trên 80% ñối với một số loại polymer ñặc biệt và các vật liệu phân tử nhỏ.[24] II.5.2.4. Coupling quang học : Một nguyên nhân khác làm giới hạn khả năng hoạt ñộng của OLED là do sự mất mát trong quá trình truyền ánh sáng từ các lớp vật liệu hữu cơ ra môi trường ngoài. Nguyên nhân chính là do sự hấp thụ ánh sáng trong quá trình truyền và hiện tượng phản xạ toàn phần, gây bởi sự chênh lệch chiết suất giữa các lớp vật liệu (lớp hữu cơ, ñiện cực TCO, ñế thủy tinh) và môi trường. Để làm tăng cường hiệu suất coupling quang ,các phương pháp ñưa ra thường dựa trên nguyên tắc làm giảm lượng ánh sáng phản xạ toàn phần, thông qua việc thay ñổi hình dạng bề mặt tiếp giáp với môi trường và cấu trúc linh kiện Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 42 ~ Trong phần này , chúng tôi tiến hành khảo sát một số tính chất ñiện và quang của vật liệu phân tử nhỏ Alq3 . Quá trình thí nghiệm bao gồm cách xử lý và phương pháp tạo màng từ ñó khảo sát các tính chất ñặc trưng của màng mỏng truyền hạt tải Alq3 . Dựa trên các kết quả thu ñược, chúng tôi ñưa ra các nhân xét về ñiều kiện chế tạo tối ưu và khả năng của chúng trong ứng dụng làm linh kiện phát quang OLED .Trên cơ sở ñó, nghiên cứu và chế tạo OLED ña lớp kết hợp với các ñiện cực khác nhau nhằm nâng cao hiệu suất phát quang và tuổi thọ của linh kiện . Điều này ñồng nghĩa với việc làm giảm công thoát của ñiện cực cathode. Với mục ñích như vậy, phần B của khóa luận gồm các phần chính : • Phương pháp tạo màng vật liệu • Khảo sát tính chất quang của vật liệu • Phương pháp tạo màng ñiện cực • Khảo sát tính chất ñiện và ñiện phát quang của OLED với các ñiện cực cathode khác nhau PHẦN B THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 43 ~ I.TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM : I.1. Thiết bị chế tạo mẫu : Khi chế tạo các linh kiện ñiện huỳnh quang hữu cơ ñòi hỏi phải chế tạo trong ñiều kiện chân không hay khí trơ. Với ñiều kiện ñó nhằm tránh sự tác ñộng của môi trường làm ảnh hưởng ñến các tính chất của vật liệu và giao tiếp giữa chúng với các ñiện cực. Bên cạnh ñó, việc bảo quản mẫu sau khi chế tạo xong cũng cần thiết và mẫu cũng cần ñược bảo quản trong môi trường chân không hay khí trơ ñể tránh sự ảnh hưởng của môi trường. Với những yêu cầu trên chúng tôi ñã sử dụng Hệ chế tạo OLED liên hợp tại PTN Bộ môn VLCR nhằm ñảm bảo tất cả quá trình chế tạo và bảo quản mẫu ñiều ñược thực hiện trong môi trường kín (chân không hay khí trơ) cách ly với môi trường ngoài tránh sự ảnh hưởng của môi trường ñến quá trình tạo mẫu (hinh B.II.1) . Hệ chế tạo OLED liên hợp gồm hệ nhiệt bốc bay nối với hệ Spin thông qua buồng ủ nhiệt chân không. Hệ là một mô hình khép kín, tất cả các thao tác ñều ñược thực hiện trong Glove-box cách ly với môi trường ngoài . Hình B.I.1: Hệ chế tạo OLED liên hợp. Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 44 ~ I.1.1. Hệ nhiệt bốc bay : Nhiệt bốc bay là phương pháp nung nóng một chất ñến nhiệt ñộ thăng hoa của chất ñó tương ứng với áp suất môi trường. Thông thường trong ñiều ñiện chân không càng cao thì nhiệt ñộ thăng hoa càng giảm. Khi ñó, do trong buồng chân không có áp suất thấp nên các hạt vật chất dễ dàng bay lên và bám vào ñế nền tạo màng. Hình B.I.2: Hệ nhiệt bốc bay I.1.1.1. Buồng chân không : Một trong những bộ phận chính của hệ nhiệt bốc bay là buồng chân không (hình B.I.3). Buồng chân không có dạng bán cầu thủy tinh có ñường kính 17cm với thể tích 1285cm3. Buồng chứa thuyền bốc bay và giá ñể mẫu. Buồng chân không là nơi ñược tạo chân không cao ñể phục vụ cho quá trình bốc bay tạo mẫu. Buồng tạo ñược chân không cao 2.10-7 torr nhờ vào bơm khuếch tán và bơm sơ cấp. Các thông số cơ bản của hệ nhiệt bốc bay như sau: • Bơm khuếch tán: 1. Áp suất giới hạn Pgiới hạn : 10-7 torr 2. Áp suất ñối Pñối : 10-1 torr Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 45 ~ 3. Vận tốc hút S : 400 l/s • Bơm sơ cấp : 1. Áp suất giới hạn Pgiới hạn : 5.10-4 torr 2. Áp suất ñối Pñối : khí trời 3. Vận tốc hút S : 4 l/s Hình B.I.3: Buồng chân không và giá ñể mẫu Dựa vào bộ hiển thị chân không ta có thể biết ñược chân không bên trong buồng. Bộ hiển thị chân không hoạt ñộng dựa trên nguyên tắc của áp kế cặp nhiệt ñiện ñược gắn bên trong buồng. Hình B.I.4: Bộ hiển thị chân không Trong quá trình tiến hành thực nghiệm, chiều cao của buồng bốc bay chân không bị giới hạn, khoảng cách từ thuyền bốc bay ñến ñế chỉ có thể thay ñổi từ 1cm ñến 10cm. Nên khi Khóa luận tốt nghiệp ñại học 2006-2010 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ~ 46 ~ bốc bay ñiện cực Al, vì khoảng cách giữa thuyền bốc bay và ñế rất gần nên các nguyên tử có ñộng năng lớn có khả năng ñi xuyên sâu vào trong lớp vật liệu hữu cơ, làm phá vỡ cấu trúc của màng gây ảnh hưởng ñến sự phát quang của OLED. Để khắc phục tình trạng trên, chúng tôi ñã tiến hành nâng buồng chân không lên một ñộ cao thích hợp ñể phục vụ cho quá trình bốc bay ñiện cực mà không ảnh hưởng ñến lớp vật liệu hữu cơ phủ lên trước ñó. Chúng tôi ñã nâng buồng cao thêm 10cm (hình B.I.5) bằng một ống Inox chịu nhiệt và tổng thể tích sau khi ñã nâng buồng là 3555cm3 . Mặc dù vậy, chúng tôi vẫn ñảm bảo ñược ñộ châ