1有机半导体材料与器件概论有机半导体材料与器件概论 (Outline of Organic Semiconductor Materials and Devices) 专题之三专题之三Email: gyzhongfudan.edu.cnDepartment of Material Science, Fudan University,200433, Shanghai, China简要复习前几次课内容：回顾前面2次课内容：1 有机发光器件的界面:界面能带结构界面能带结构: :肖特基势垒，三角形势垒，镜像势隧穿电流的计算隧穿电流的计算: 态密度，费米迪拉克分布，隧穿几率界面效应界面效应: 真空能级对齐，费米能级对齐，界面偶极层电子和空穴重新分布 形成一定电场增强载流子注入的方法增强载流子注入的方法: 改善材料、利用低功函数的金属、插入缓冲层（增强载流子注入）插入缓冲层增强载流子注入的原理插入缓冲层增强载流子注入的原理: 化学反应，界面偶极层，减小隧穿势垒（宽度 加一层绝缘层 很波宽度就下来了）界面有偶ji3 有机半导体导电：载流子迁移 迁移率定义两种基本的导电模型:载流子在导带中共有化运动导致的传输跳跃 (hopping) 传输（有机半导体）与有机发光器件电流电压特性有关的两种模型：电流注入限制电流模型空间电荷限制电流模型 (SCLC)+空间电荷限制电流空间电荷限制电流 (SCLC)(SCLC)“Space Charge Limited Current”本次课主要内容：1 激光的基本原理2 几种激光器的结构和原理（含无机半导体激光器）3 有机半导体激光研究 （含光泵，电泵有机激光）4 有机电致激光的前景有机半导体激光器的优点：制备容易，成本低，体积小，可选的激光材料多，可弯曲应用前景广阔！hvE2E1辐射跃迁hvE2E1受激辐射hvhv1 激光的基本原理Laser:light amplification by stimulated emission of radiation 受激 放大 辐射能量E2E0能量E1N2N1N0粒子数快慢三能级系统的粒子数反转1 激光的基本原理处于粒子数反转状态的材料为激活介质，如有适当光子射入激活介质，可产生辐射大于吸收的情况可产生辐射大于吸收的情况，从而实现光放大AM11_003631 激光的基本原理腔长为半波长的整数倍整数倍时光放大(光，电)激光器结构一直循环加强来回一直循环加强来回多次，某个频率多次，某个频率研发用电能激发研发用电能激发2 几种激光器的结构和原理无机半导体激光器结构2 几种激光器的结构和原理AM11_00363波带片波带片波导波导DBR,DFB：负反馈：负反馈入射光在不同界面上的反射光发生干涉使反射光增强，从而起到反射镜的作用HLHL2 几种激光器的结构和原理高折射率高折射率圆盘边缘的反射导致光放大2 几种激光器的结构和原理有机材料在里面有机材料在里面反射导致光放大反射导致光放大不同发光层内的某些波长的发光干涉增强，可能导致激光一层发光一层不发光 最上面的界面干涉增强2 几种激光器的结构和原理不同点的发光在某个方向上的干涉干涉增强导致该方向上可能产生激光，不同的角度可能产生的激光波长不同2 几种激光器的结构和原理AM11_003633 有机半导体激光研究PPV光泵激发辐射模式和自发辐射模式聚合物光泵激光器举例激光器结构APL82_022033 有机半导体激光研究条状分布，光致发光条状分布，光致发光聚合物光泵激光APL82_022033 有机半导体激光研究开始产生激射的泵浦能量密度：阈值激光性能：半高宽窄好激光性能：半高宽窄好 能量密度能量密度w/th 阈值阈值 3 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射JAP84_04096DCM:红光染料红光染料 接受接受Alq 发光发光DCMJAP84_040963 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射的器件结构平板波导结构双异质节结构垂直微腔表面发射结构银银 镜面镜面3 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射能量输入输出关系平板波导结构垂直微腔表面发射结构JAP84_04096DHSW3 有机半导体激光研究通过能量转移产生光泵受激辐射实物照片JAP84_040963 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射APL71_02230APL71_022303 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射APL71_022303 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射APL71_022303 有机半导体激光研究通过能量转移产生受激辐射3 有机半导体激光研究SCIENCE279_00553光泵有机激光器件结构SCIENCE279_005533 有机半导体激光研究不同激发强度下的光谱SCIENCE279_00553SCIENCE279_005533 有机半导体激光研究使用寿命与光输出SCIENCE279_005533 有机半导体激光研究不同激发强度的光谱以及激光的半峰宽3 有机半导体激光研究APL72_02811聚合物柱状光泵微激光器（有电极）APL72_028113 有机半导体激光研究聚合物光泵微激光器光谱3 有机半导体激光研究可作为有机发光器件的聚合物光泵微激光器APL72_02811PRB64_252113 有机半导体激光研究可作为有机发光器件的聚合物光泵微激光器3 有机半导体激光研究可作为有机发光器件的聚合物光泵微激光器激发强度与光谱PRB64_25211PRB64_252113 有机半导体激光研究可作为有机发光器件的聚合物光泵微激光器的PL和EL光谱APL74_012063 有机半导体激光研究OLED器件阵列及其不同方向的EL输出光刻好的OLED的基底3 有机半导体激光研究APL74_01206OLED器件阵列结构示意图OLED器件阵列不同方向的EL光谱3 有机半导体激光研究APL74_01206APL69_04168.pdf3 有机半导体激光研究由于单线态激子间的反应使Alq中随激发光强度增强光致发光的效率可能下降3 有机半导体激光研究强场电激发产生电吸收造成能量损失，阻碍阻碍有机半导体二极管激光器的实现有机半导体二极管激光器的实现吸收变化APL74_01057吸收谱3 有机半导体激光研究APL74_01057吸收谱吸收谱电泵有机激光器件存在的问题：强场电激发产生电吸收造成能量损失，阻碍有机半导体二极管激光器的实现，可能的办法是选择合适的长寿命发光材料和脉冲驱动3 有机半导体激光研究APL74_027643 有机半导体激光研究脉冲激发后的平均激子密度和电荷密度3 有机半导体激光研究APL74_02764发光与电吸收具有透明载流子注入电极的有机半导体激光器光泵自发辐射放大Amplified spontaneous emission under optical pumping from an organic semiconductor laser structure equipped with transparent carrier injection electrodesAPL84-014013 有机半导体激光研究3 有机半导体激光研究电流密度增大，量子效率降低APL84-01401Prospects for electrically pumped organic lasersM. A. Baldo, R. J. Holmes, and S. R. ForrestPRB66-0353214 有机电致激光的前景1 找到量子效率不受电流密度和电场影响的激光材料，并满足：2 激发强度增加使非辐射能量损失增加，阻碍有机电致激光的实现。晶态材料容易因为单线态激子间的双分子反应引起非辐射能量损失，无定形材料由高浓度三线态激子和极化子引起能量损失。3 指出SCIENCE上一篇关于有机电致激光的报道不可信，除非器件中形成电子-空穴的等离子体 4 目前不清楚能否在有机材料中形成电子-空穴等离子体 ，如果无法避免薄膜材料中高激发强度下的能量损失，那么把电致发光作为泵浦光的发光区和产生激光的增益区在空间上分离是得到电致激光的一种可能途径。4 有机电致激光的前景思考：1 激光的基本原理2 几种激光器的结构和原理（含无机半导体激光器）3 有机半导体激光研究现状（含光泵 电泵有机激光）4 有机电致激光的前景 还没实现 作业：作业：阅读参考书中与本次课有关的内容