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双端有机薄膜器件的磁致电阻效应研究

作　者: 李荣华
导　师: 彭应全
学　校: 兰州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电致发光磁致电阻自旋极化自旋轨道耦合有机半导体
分类号: TN304.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 17次
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内容摘要

作为一类新型的功能材料人们已经逐渐认识到有机半导体丰富的光、电和磁功能特性。电子既有电荷又有自旋,但是在传统的微电子器件中,电子的自旋却一直被人们忽视,电子只被看成电荷的载体。金属自旋阀中巨磁电阻和隧道磁电阻效应的发现引发了磁存储和磁记录领域的革命。有机半导体由于其弱的自旋-轨道耦合和超精细相互作用,相应的自旋扩散长度比较长,因而是实现自旋极化输运理想的候选材料。研究有机半导体器件的磁致电阻效应对进一步理解有机材料的物理性质,探讨其在自旋电子学功能和应用具有重要的科学意义。本论文主要研究了基于阳极/有机半导体材料/阴极结构的双端有机薄膜器件的磁致电阻效应,得到如下结论：(1)随着外加磁场的增加,结构为ITO/PTCDA/Al的器件产生了负的磁致电阻,当外加磁场的强度为250mT时,磁致电阻达到-57.5%。而结构为ITO/CuPc/Al的器件,随着外加磁场的增加,结果却产生了正的磁致电阻,当外加磁场为140mT时,磁致电阻达到30%。本论文对所观察到的实验结果进行了定性解释：即在磁场作用下,三重态激子通过激子间的系问窜越转化为单重态激子,因此单重态激子的数量增多,三重态激子数量减少,从而减弱了载流子所受到的俘获和散射作用,使得载流子迁移率增加,扩散到电极的单重态激子数量增加,电流增强。电阻减弱,即磁致电阻效应100×[ρ(H)-ρ(0)]/ρ(0)的绝对值增大。(2)实验发现随着外加磁场的增加,器件的I-V特性向左偏移。因为三重态激子之间的相互作用形式较复杂,只有产生的单重态激子才对电流的大小有贡献。当外加磁场增大到与自旋轨道场和超精细作用场差不多时,三重态激子-三重态激子相互猝灭产生大量的单重态激子,从而随着磁场的增加,单重态激子的的数目增加,器件的I-V特性曲线向左漂移。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-20
  1.1 有机半导体器件的研究进展和应用  9-10
  1.2 Π共轭有机半导体材料  10-12
    1.2.1 π共轭聚合物  10-11
    1.2.2 π共轭小分子有机物  11-12
  1.3 电荷在有机分子间的输运机理  12-13
    1.3.1 跳跃式模型  12
    1.3.2 能带模型  12-13
    1.3.3 隧穿模型  13
  1.4 有机发光二极管  13-19
    1.4.1 有机发光二极管的电致发光量子效率  13-14
    1.4.2 基于强自旋轨道耦合作用材料的OLED中的磷光效应  14-15
    1.4.3 器件的结构  15-17
    1.4.4 有机发光二极管的发光原理  17-19
  1.5 有机太阳能电池  19-20
第二章有机半导体器件磁场效应研究  20-28
  2.1 自旋电子学的研究简介  20-21
  2.2 产生有机磁致电阻可能的机理  21-24
    2.2.1 磁性材料中的磁致电阻效应  21-23
    2.2.2 非磁性材料中的磁阻效应  23-24
  2.3 有机半导体器件中的磁场效应研究进展  24-28
第三章基于PTCDA和酞菁铜的双端薄膜器件磁致电阻研究  28-39
  3.1 酞菁铜和PTCDA的物理性质  28-31
    3.1.1 酞菁铜物理性质  28-29
    3.1.2 PTCDA的物理性质的简介  29-31
  3.2 衬底清洗过程  31
    3.2.1 ITO  31
    3.2.2 载玻片的清洗过程  31
  3.3 实验样品制备  31-35
    3.3.1 结构为ITO/PTCDA/Al有机器件的制备过程  31-34
    3.3.2 结构为ITO/CuPc/Al有机电致发光器件的制备过程  34
    3.3.3 测试设备  34-35
  3.4 实验结果及分析  35-39
第四章总结与展望  39-41
参考文献  41-47
在学期间的研究成果  47-49
致谢  49

双端有机薄膜器件的磁致电阻效应研究

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