WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 6 Эффективное управление фотоэлектрическими свойствами полиимидов, содержащих трифениламин © Л.П. Казакова¶, Е.Л. Александрова, А.В. Чернышев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Всероссийский научный центр ”Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова”, 199034 Санкт-Петербург, Россия (Получена 9 ноября 2000 г. Принята к печати 15 ноября 2000 г.) Проведено исследование фотопроводимости, квантового выхода фотогенерации и дрейфовой подвижности носителей заряда в интервале электрических полей F =(0.1-10) · 105 В/см в тонких пленках органических полупроводников на основе полиимидов, несенсибилизированных и сенсибилизированных красителем. Установлено, что введение красителя приводит к значительному увеличению фотопроводимости (на 2-3 порядка) и дрейфовой подвижности дырок и электронов. Особенно существенно возрастает подвижность электронов, достигая значений 10-3 см2/(В · с) при комнатной температуре и F 104 В/см.

Несмотря на успехи, достигнутые в создании светодио- в образце двигались электроны или дырки. Измерения дов на основе органических полимерных полупроводни- проводились в условиях дрейфа малого заряда в интерков, продолжается поиск новых материалов этого типа с вале электрического поля F =(0.1-2) · 105 В/см.

высокой термической стабильностью для использования Измерения квантового выхода фотогенерации выполих как в качестве излучающего, так и в качестве транс- нены по методике [4] в электрофотографическом режипортного слоев. При этом выбор материалов, обладаю- ме в области максимальной фоточувствительности при щих высокими подвижностями электронов и дырок, не F =(1-10)·105 В/см. При измерении фотопроводимости достаточно широк. В связи с этим является актуальным в качестве второго электрода использовалась ртутная поиск способов управления подвижностью носителей капля.

заряда в органических полимерах. Большой интерес Проведенные исследования показали, что введение проявляется также к поиску материалов, обладающих сенсибилизатора приводило к уменьшению сопротивлезначительной фоточувствительностью.

ния образцов на 2 порядка (от 109 до 107 Ом при В данной работе исследована дрейфовая подвижность, площади верхнего электрода (3-5) · 10-2 см2). Как фотопроводимость и квантовый выход фотогенерации но- видно из рис. 1, в результате сенсибилизации красителем сителей заряда в тонких слоях органических материалов фотопроводимость слоев ПИ возрастала на 2-3 порядка.

на основе полиимидов (ПИ). В качестве донорного фраг- При этом абсолютная величина квантового выхода фотомента мономерного звена полиимида использовались мо- генерации изменялась не более чем на порядок и при лекулы трифениламина (ТФА) [1]. С целью сенсибили- полях F 106 В/см достигала значений 10-1.

зации применялся краситель трифенилметанового класВ результате исследования дрейфовой подвижности са — малахитовый зеленый (МЗ) в концентрации 1%, было установлено, что в пленках без красителя наблюс максимумом спектральной чувствительности на длине дался дрейф только дырок, а в пленках с красителем волны 647 нм. Слои ПИ наносили методом ”висящего мениска” или центрифугированием из 6.5-процентного раствора в тетрахлорэтане на стеклянные подложки с прозрачным проводящим покрытием из In2O3 и SnO2, который служил нижним электродом. Толщина слоев составляла L = 0.2-3мкм.

Для исследования дрейфовой подвижности использовались образцы, имеющие структуру типа ”сэндвич”.

Исследования проводились методом измерения времени пролета [2,3]. В качестве верхнего электрода служила полупрозрачная пленка алюминия, напыленная на слой ПИ в вакууме. Избыточная концентрация носителей заряда в образце создавалась импульсом излучения с длиной волны 0.337 мкм и длительностью 8 нс, получаемым от азотного лазера ЛГИ-21. К образцам приклаРис. 1. Зависимости фототока (1, 2) и квантового выхода дывалось импульсное напряжение длительностью 1мс.

фотогенерации (3, 4) от напряженности электрического поля В зависимости от полярности приложенного напряжения в пленках полиимидов с трифениламином без красителя (1, 3) ¶ E-mail: kazakova@pop.ioffe.rssi.ru и с красителем малахитовый зеленый (2, 4).

696 Л.П. Казакова, Е.Л. Александрова, А.В. Чернышев вой подвижности дырок в несенсибилизированных пленках ПИ было около 1.5 · 10-4 см2/(В · с), а в сенсибилизированных пленках величина дрейфовой подвижности электронов и дырок составляла 1.6 · 10-3 см2/(В · с) и 4 · 10-4 см2/(В · с) соответственно. С увеличением электрического поля дрейфовая подвижность носителей заряда возрастала. На рис. 2 приведены зависимости дрейфовой подвижности от напряженности электрического поля в координатах lg µ = f (F0.5), полученные в исследованных пленках для дырок (кривые 1, 2) и электронов (кривая 3). Из рисунка видно, что зависимость µ(F) оказывается более сильной в сенсибилизированных образцах. При аппроксимации установленной в пленках без красителя зависимости µ(F) в область электрических полей F > 105 В/см законом Пула–Френкеля было получено значение коэффициента Рис. 2. Зависимости дрейфовой подвижности дырок (1, 2) и электронов (3) от напряженности электрического поля в = 3.5 · 10-4 эВ(В/см)-0.5, практически совпадающее с пленках полиимидов с трифениламином без красителя (1) и характерным для ПИ на основе антрацена [8]. Однако с красителем малахитовый зеленый (2, 3); T 300 K.

величины дрейфовых подвижностей носителей заряда в этих материалах были значительно ниже (примерно на 2-3 порядка) по сравнению с полученными нами в ПИ с ТФА. Как известно [9], мономерные звенья ПИ подвижными носителями заряда были как дырки, так представляют собой донорно-акцепторные комплексы.

и электроны. Значение дрейфовой подвижности опреВ качестве донорного фрагмента в данном случае проделялось из времени пролета носителей заряда через образец (tT ) по формуле: µ = L/tT F. Время tT являются молекулы ТФА, обладающие наиболее низкими среди ароматических соединений потенциалами ионинаходилось из осциллограмм переходного фототока I(t), зации ID = 6.9эВ [10], а в качестве акцепторных — соответствующих дрейфу электронов или дырок. На диимидные фрагменты (-O-) с энергиями сродства к элекосциллограммах I(t), полученных как в пленках без трону AA = 1.12 эВ [9]. При введении красителя МЗ докрасителя, так и при наличии в них красителя, наблюполнительно появляются акцепторные фрагменты ClOдался участок постоянного тока — ”плато”, за которым с AA = 1.6 эВ и донорные — с ID = 6.7эВ [10].

следовал постепенный спад тока во времени. По моменту Тот факт, что в ПИ с ТФА установлены более высокие времени, соответствующему переходу от участка ”плазначения дрейфовой подвижности, чем в ПИ на основе то” к дальнейшему спаду I(t), определялось время tT.

антрацена [8], согласуется с данными, полученными Следует отметить, что наличие участка ”плато” на в работе [9], которые свидетельствуют об улучшении кривых I(t) свидетельствует о недисперсионном характранспортных характеристик при добавлении ТФА в ПИ.

тере переноса. В то же время продолжительный спад Так как подвижность носителей заряда в ПИ может тока при t > tT указывает на сильное пространственбыть обусловлена прыжками по донорным и акцепторное размытие пакета носителей заряда, что характерно ным фрагментам молекул, то вполне возможно, что для дисперсионного переноса. Подобный вид зависимопоявление дополнительных донорных и акцепторных стей I(t) наблюдался ранее в ряде халькогенидных стекфрагментов при введении красителя МЗ в ПИ приводит лообразных полупроводников [3,5]. Для их объяснения к увеличению вероятности прыжка и, следовательно, использовались представления об особенностях энергек возрастанию дрейфовой подвижности электронов и тического спектра локализованных состояний, контролидырок.

рующих дрейфовую подвижность [6], или предполагалось Таким образом, в результате проведенных исследованаличие распределения носителей заряда по подвижноний установлено:

стям, обусловленным существованием неоднородностей - значение дрейфовой подвижности дырок в в пленках [7]. Вполне вероятно, что в исследованных пленках полиимидов с трифениламином составляет пленках также имеются неоднородности, возникновение 10-4 см2/(В · с) в электрическом поле F 104 В/см и которых может быть связано с особенностями технолотемпературе T 300 K;

гии их приготовления, предусматривающей, например, - сенсибилизация пленок красителем малахитовый прогрев образцов для удаления растворителя.

зеленый приводит к увеличению дрейфовой подвижноПроведенные исследования показали, что введение сти носителей заряда обоих знаков и особенно сущесенсибилизатора приводило к увеличению дрейфовой ственно влияет на подвижность электронов, которая подвижности как дырок, так и электронов (рис. 2).

достигает значения 10-3 см2/(В · с) при F 104 В/см Особенно сильно возрастала подвижность электронов. и T 300 K;

При комнатной температуре и напряженности элек- - при сенсибилизации фотопроводимость и электротрического поля F = 2 · 104 В/см значение дрейфо- проводность пленок возрастают на 2 порядка.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Эффективное управление фотоэлектрическими свойствами полиимидов... Полученные результаты свидетельствуют о том, что Еffective control of photoelectric введение красителя позволяет эффективно управлять properties of polyimides containing электрическими свойствами, что приводит к улучшению treephenylamine транспортных и фотоэлектрических свойств полимеров L.P. Kazakova, E.L. Aleksandrova, A.V. Chernyshev на основе полиимидов. Это указывает на перспективность использования их в качестве транспортных слоев A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, полимерных светочувствительных и светоизлучающих Russian Academy of Sciences, приборов.

194021 St. Petersburg, Russia All-Russian Research Center Авторы выражают благодарность Н.А. Василенко и ”S.I. Vavilov State Optical Institute”, Б.В. Котову за предоставление образцов ПИ, К.Д. Цэн199034 St. Petersburg, Russia дину за полезное обсуждение результатов, Э.А. Лебедеву за поддержку работы, Е.К. Кузнецовой и П.С. Яковлеву за помощь при проведении эксперимента.

Abstract

The photoconductivity, the quantum efficiency of photogeneration and the charge carrier drift mobility have been investigated in the range of electric field F =(0.1-10) · 105 V/cm Список литературы in thin films of organic semiconductors based on polyimides both nonsensibilized and sensibilized with dye. It was established [1] Н.А. Василенко, Г.А. Рыбалко, Б.В. Котов. Тез. докл. III that the dye addition results in a considerable increase in the Всес. конф. ”Бессеребряные и необычные фотограphotoconductivity (by 2-3 orders of magnitude) and the drift фические процессы. Электрофотография” (Вильнюс, mobility of holes and electrons. The drift mobility of electrons 1980) с. 59.

[2] W.E. Spear. J. Non-Cryst. Sol., 1, 197 (1969). increases more significantly when reaching 10-3 cm2/V · s at [3] Л.П. Казакова, Б.Т. Коломиец, Э.А. Лебедев, С.А. Таурай- room temperature and F 104 V/cm.

тене. ФТП, 21, 274 (1987).

[4] Е.Л. Александрова, Ю.А. Черкасов. Опт. и спектр., 64 (5), 1047 (1988).

[5] Э.А. Лебедев, Л.П. Казакова. В кн.: Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках, под ред. К.Д. Цэндина (СПб., Наука, 1996) гл. 4, с. 141.

[6] В.И. Архипов, Л.П. Казакова, Э.А. Лебедев, А.И. Руденко.

ФТП, 21 (4), 724 (1987).

[7] В.И. Архипов, Э.А. Лебедев, А.И. Руденко. ФТП, 15 (4), 712 (1981).

[8] А.Р. Тамеев, В.И. Берендяев, А.А. Козлов, А.В. Ванников, Б.В. Котов. Журн. науч. и прикл. фотографии, 42 (2), (1997).

[9] Б.М. Румянцев, В.И. Берендяев, Н.А. Василенко, Б.В. Котов. Высокомолекуляр. соединения. Сер. A, 39 (4), (1997).

[10] Л.В. Гурвич, Г.В. Карачевцев, В.Н. Кондратьев. Энергии разрыва химической связи, потенциалы ионизации и сродство к электрону (М., Наука, 1974).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.