臺灣博碩士論文加值系統

本實驗以導電性原子力顯微術(conducting atomic force microscopy, CAFM)量測導電高分子MEH-PPV之奈米尺度電洞傳導特性，此技術可同時量測出表面形貌與電流影像，亦可定點量測電流對電壓的關係曲線。在電流影像中，我們得到的解析度約為20nm，我們發現有些位置電流高，有些位置電流低，我們判斷電流較高的地方有可能是分子鏈aggregation較強的位置，此電流影像亦可作為膜均勻度的指標。在定點I-V曲線中，我們以空間電荷限制電流(space-charge-limited current)理論分析，發現電洞遷移率比巨觀實驗結果大了兩個數量級左右，並且在遷移率對電場的Poole-Frenkle圖中，發現電場超過1.5 106 V/cm時，遷移率不再隨著電場增加，此臨界電場與理論計算出的偏極子(polaron)分離電場近似。從定點I-V曲線中，我們也發現第一次施加電壓時，其遷移率最大，繼續重覆量測，遷移率會降低，這是由於高分子有機發光二極體經過高電場(E＞106 V/cm)退火後，會使得遷移率減小的緣故。

一、緒論………………………………………………………………….1
1.1前言……………………………………………………………...1
1.2文獻回顧………………………………………………………2
二、高分子發光二極體…………………………………………………..5
2.1單層元件的設計與材料介紹…………………………………...5
2.2 ITO電極………………………………………………………...8
2.3 Aggregation……………………………………………………..9
三、有機發光二極體之發光與電流傳導機制…………………………11
3.1有機發光二極體之發光機制………………………………….11
3.2有機發光二極體之電流傳導機制……………………………14
3.2.1熱發射……………………………………………………..14
3.2.2穿遂效應…………………………………………………..15
3.2.3單一載子的空間電荷限制電流…………………………..17
3.3偏極子分離(polaron dissociation)…..…………………………19
3.4普爾-法蘭克方程式…………………………………………...21
四、實驗簡介……………………………………………………………23
4.1原子力顯微術介紹…………………………………………….23
4.2試片製作……………………………………………………….25
4.3儀器架設……………………………………………………….26
五、結果與討論…………………………………………………………27
5.1 ITO表面粗糙度的影響……………………………………….27
5.2表面形貌與電流掃描影像…………………………………….33
5.3定點電流-電壓曲線量測……………………………………...39
六、結論…………………………………………………………………48
七、未來研究方向………………………………………………………49
八、參考文獻……………………………………………………………50

[1] P. Pope, H. P. Kallmann, and P. Magnante, J. Chem. Phys. 38, 2042 (1963).
[2] C. W. Tang and S. A. VanSlyke, Appl. Phys. Lett. 51, 913 (1987).
[3] J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. D. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burn, and A. B. Holmes, Nature 347, 529 (1990).
[4] T. M. Kelley and C. D. Frisbie, J. Vac. Sci. Technol. B 18, 632 (2000).
[5] H. -N. Lin, S. -H. Chen, Y. -Z. Lee, and S. -A. Chen, J. Vac. Sci.Technol. B 19, 1 (2001).
[6] K. Seshadri and C. D. Frisbie, Appl. Phys. Lett. 78, 993 (2001).
[7] P. K. Wei, J. H. Hsu, W. S. Fann, and B. R. Hsieh, Synth. Met. 85, 1421 (1997).
[8] R. Stevenson, M. Granström, and D. Richards, Appl. Phys. Lett. 75, 1574 (1999).
[9] T. Huser and M. Yan, Synth. Met., 116, 333 (2001)
[10] S. F. Alvarado, W. Rieb, P. F. Seidler, and P. Strohriegl, Phys. Rev. B 56, 1269 (1997).
[11] S. F. Alvarado, P. F. Seidler, D. G. Lidzey, and D. D. C. Bradley, Phys. Rev. Lett. 81, 1082 (1998).
[12] D. G. Lidzey, S. F. Alvarado, P. F. Seidler, A. Bleyer, and D. D. C. Bradley, Appl. Phys. Lett. 71, 2008 (1997).
[13] C. Zhang, S. Hoger, K. Pakbaz, F. Wudl, A. J. Heeger, J. Elec. Mater. 22,413(1993)
[14] C. Zhang, S. Hoger, K. Pakbaz, F. Wudl, A. J. Heeger, J. Elec. Mater. 23,453 (1994)
[15] G. Grem, G. Leditzky, B. Ullrich, G. Leising, Adv. Mater. 4, 36 (1992)
[16] J. Huber, K. Mullen, U. Scherf, R. Stern, Acta Polymer, 45, 244 (1993)
[17] J. Gruner, P. J. Hamer, R. H. Friend, H. J. Huber, A. B. Holmes, Adv. Mater. 6, 488 (1994)
[18] M. Berggren, O. Inganas, G. Gusaffson, Nature 372, 444 (1994)
[19] F. Garten, A. Schlatmann, Appl. Phys. Lett. 54, 2540 (1991)
[20] M. Bender, W. Seelig, C. Daube, H. Frankenberger, B. Ocker, and J. Stollenwerk, Thin Solid Film 326, 72 (1988).
[21] R. C. Darran, P. W.Ⅱ Richard, K. S. Daniel, M. S. Suzanne, C. P. David, P. C. Gregory, and R. R. Newton, Appl. Phys. Lett. 76, 1425 (2000).
[22] C. C. Wu, C. I. Wu, J. C. Strum, A. Kahn, Appl. Phys. Lett. 70, 1348 (1997).
[23] J. S. Kim, M. Granström, R. H. Friend, N. Johansson, W. R. Salaneck, R. Daik, W. J. Feast, and F. Cacialli, J. Appl. Phys. 84, 6859 (1998).
[24] F. Cacialli, J. S. Kim, T. M. Brown, J. Morgado, M. Granström, R. H. Friend, G. Gigli, R. Cingolani, L. Favaretto, G. Barbraella, R. Daik, and W. J. Feast, Synth. Met. 109, 7(2000)
[25] S. Shigeyuki, S. Toshiyuki, S. Tetsuya, N. Toshikazu, and S. Yutaka, Thermochimica Acta 352-353, 75 (2000).
[26] J. He, M. Lu, X. Zhou, J. R. Cao, K. L. Wang, L. S. Liao, Z. B. Deng, X. M. Ding, X. Y. Hou, and S. T. Lee, Thin Solid Films 363, 240 (2000).
[27] Y. Shi, J. Liu, Y. Yang, J. Appl. Phys. 87,4254 (2000)
[28] Thuc-Quyen Nguyen, B. J. Scheartz, Appl. Phys. Lett. 76, 2454 (2000)
[29] Julie Teetsov, David A. Vanden Bout, J. Am. Chem. Soc. 123, 3625 (2001)
[30] Julie Teetsov, David A. Vanden Bout, J. Phys. Chem. B. 104, 9378 (2000)
[31] Thuc-Quyen Nguyen, B. J. Scheartz, J. Phys. Chem. B. 105, 5153 (2001)
[32] D. A. Neamen, Semiconductor Physics & Devices, 2nd Ed., p. 319.
[33] S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, New York, 1981).
[34] E. H. Rhoderick and R. H. Williams, Metal-Semiconductor-Contacts (Clarendon, Oxford, 1988).
[35] A. J. Champbell and D. D. C. Bradley, J. Appl. Phys. 86, 5004 (1999).
[36] I. H. Campbell, P. S. Davids, D. L. Smith, N. N. Barashkov, and J. P. Ferraris, Appl. Phys. Lett. 72, 1863 (1998).
[37] P. S. Davids, I. H. Campell, and D. L. Smith, J. Appl. Phys. 82, 6319 (1997).
[38] Y. Yang and A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett. 64, 1245 (1994)
[39] Y. Yang, E. Westerweele, C. Zhang, P. Smith, and A. J. Heeger, J. Appl. Phys. 77, 694 (1995).
[40] H. Vestweber, J. Pommerehne, R. Sander, R. F. Mahrt, A. Greiner, W. Heitz, and H. Bässler, Synth. Met. 68, 263 (1995).
[41] P. S. Davids, S. M. Kogan, I. D. Parker, and D. L. Smith, Appl. Phys. Lett. 69, 2270 (1996).
[42] D. V. Khramtchenkov, H. Bässler, and V. I. Arkhipov, J. Appl. Phys. 79, 9283 (1996).
[43] B. K. Crone, I. H. Campbell, P. S. Davids, and D. L. Smith, Appl. Phys. Lett. 73, 3162 (1998).
[44] H. C. F. Martens, J. N. Huiberts, and P.W. M. Blom, Appl. Phys. Lett. 77, 1852 (2000).
[45] P. W. M. Blom and M. C. J. M. Vissenberg, Mat. Sci. & Eng. 27, 53 (2000).
[46] P. W. M. Blom, H. C. F. Martens, and J. N. Huiberts, Synth. Met. 121, 1621 (2001).
[47] S. V. Rakhmanova and E. M. Conwell, Appl. Phys. Lett. 75, 1518 (1999).
[48] Å. Johansson and S. Stafström, Phys. Rev. Lett. 86, 3602 (2001).
[49] I. H. Campbell, D. L. Smith, C. J. Neef, and J. P. Ferraris, Appl. Phys. Lett. 74, 2809 (1999).
[50] S. V. Rakhmanova and E. M. Conwell, Appl. Phys. Lett. 76, 3822 (2000).
[51] E. M. Conwell and M. W. Wu, Appl. Phys. Lett. 70, 1867 (1997).
[52] B. K. Crone, I. H. Campbell, P. S. Davids, and D. L. Smith, Appl. Phys. Lett. 73, 3162 (1998).
[53] I. H. Campbell, D. L. Smith, C. J. Neef, and J. P. Ferraris, Appl. Phys. Lett. 75, 841 (1999).
[51] H. Bässler, Phys. Stat. Sol. B 175, 15 (1993).
[52] L. B. Schein, Philos. Mag. B 65, 795 (1992).
[53] Y. N. Gartstein and E. M. Conwell, Chem. Phys. Lett. 245, 351 (1995).
[54] S. V. Rakhmanova and E. M. Conwell, Appl. Phys. Lett. 76, 3822 (2000).
[55] H. Bässler, Phys. Stat. Sol. B 175, 15 (1993).
[56] D. H. Dunlap, P. E. Parris, and V. M. Kenkre, Phys. Rev. Lett. 77, 542 (1996).
[57]S. V. Novikov, D. H. Dunlap, V. M. Kenkre, P. E. Parris, and A. V. Aannikov, Phys. Rev. Lett. 81, 4472 (1998).
[58] S. V. Rakhmanova and E. M. Conwell, Appl. Phys. Lett. 76, 3822 (2000).
[59] 林鶴南、李龍正、劉克迅，原子力顯微術極其在半導體研究上的應用。科儀新知第十七卷三期.12(1995).
[60] L. Bozano, S. A. Carter, J. C. Scoot, G. G. Malliaras, and P. J. Brock, Appl. Phys. Lett. 74,1132 (1999)
[60] J. H. Park, H. Y. Yu, J. C. Park, B. Kim, S. H. Lee, L. Olofsson, S. H. M. Persson, and Y. W. Park, Thin Solid Films 393, 129 (2001)
[61] T.-W. Lee and O. O. Park, Appl. Phys. Lett. 77, 3334 (2000).
[62] D. Ma, J. M. Lupton, R. Beavington, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, J. Phys. D: Appl. Phys. 35, 520 (2002).