锂和银扩散在单堆叠和串联OLED设备中的影响外文翻译资料

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锂和银扩散在单堆叠和串联OLED设备中的影响

摘要：基于N，N0二（1-萘基）-N，N，O-二苯基 - （1,10-联苯基）-4,4 - 二胺三（8-羟基喹啉）铝二苯基-1,10-菲咯啉（NPB | 八羟基喹啉铝 | 菲咯啉)的原型OLED器件中金属（锂和铝）扩散的研究被推广开来。使用层厚度和金属层位置不断变化的单堆叠和双堆叠串联OLED结构，我们发现沉积在八羟基喹啉铝层上的Ag蒸汽可以扩散或沉积到八羟基喹啉铝中，达到〜2,000Aring;，导致发光淬火。这种扩散可以被最先沉积在八羟基喹啉铝上的Li或菲咯啉的薄层所阻止。 相比之下，八羟基喹啉铝或菲咯啉中的锂扩散限制在大约50-100Aring;。不管锂和菲咯啉沉积的顺序如何，锂都可以扩散到菲咯啉中。

关键词：串联OLED;锂扩散;银扩散

1. 前言

在形成电子注入层的电子受体材料形中，锂通常作为OLED器件中阴极和n 型掺杂剂。早期研究表明：锂可以在各种电子受体材料中扩散，但是对OLED性能影响的多样性方面研究很少。例如，2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(BCP)这种经典电子受体中，扩散长度被估计为70nm[1]。但是，已经发现另一种常见的类似于BCP 电子受体的4,7-二苯基-1,10-

菲罗啉(菲咯啉)扩散长度与它不同[2]。经常用作电极的银也被发现在OLED材料中扩散。有报道指出该银可以通过60nm的（8-羟基喹啉）铝(八羟基喹啉铝)，它属于OLED器件的原型发射体[3,4]。其他研究结果给出了银在八羟基喹啉铝中扩散长度约为30nm [5]。但是，菲咯啉报道Ag的扩散率很小，取决于沉积速率和技术[6]。由于锂和银都可能严重通过等离子体激发或等离子体激发来影响OLED器件中的发光非辐射猝灭效应[7-9]，它们由于接近来自相邻传输层的扩散的存在导致发射层或金属电极这种情况是不存在的。此外，金属在串联的OLED器件中的扩散可能会存在于一个或多个电荷产生层（CGL），其中通常包括诸如Li的薄金属层。串联OLED器件具有更高的电流效率和亮度[10,11]，然而，它们的CGL与金属扩散不稳定、运行寿命也可能会受到影响。在这项研究中，基于N，N0二（1-

萘基）-N，N0二苯基 - （1,10-二苯基）-4,40二胺(NPB|八羟基喹啉铝|菲咯啉) 的原型OLED器件中金属（锂和铝）扩散被研究。我们发现这些影响大部分可归因于金属在金属气相沉积期间有机膜的扩散。作金属扩散深度[6,12-14]可随沉积速率而变化以限制其作用。串联OLED器件用于金属扩散对OLED器件的影响进一步被证实。

1. 实验

在表面电阻约15 U /sq，光学透明度约90％ITO（大约1000Aring;）玻璃基板（1.5〜1.5英寸）上制造OLED器件。 ITO基片用洗涤剂溶液洗涤，然后分批清洗漂洗，并依次在超声波洗涤水中进行10分钟的搅拌，除去水，丙酮和异丙醇（IPA）。之后最终用IPA冲洗，将底物用氮气干燥并处理氧等离子体（2:15分钟，400瓦，1毫巴）。用一个1000Aring;顶部银电极，以恒定的速度银为5.0Aring;/ s，所有过程通过气相沉积在真空室中制备（lt;5.0〜10 -6 Torr），而不会断开真空，直到OLED器件完成，典型层序列如下：A 20Aring;氧化钼层（MoOx）以约0.3/ s的速度沉积在作为空穴注入层（HIL）的ITO上，N，N0二（1-是空穴传输（HTL），三（8-羟基喹啉）铝（八羟基喹啉铝）电子传输层（ETL）以及光发射体，菲咯啉是可选的ETL。该有机层的沉积速率通常为4A/s。金属的锂从加热氮化锂（Li₃N）沉积到a阈值温度为400℃，分解成金属Li和N ₂气体，在a沉降之前初始压力升高压力低于1.0,沉积前为10〜5之间。稳定的锂沉积可以小心地获得控制在0.1A/s至4.0A/s之间的速率源温度[15]。对于Li厚度依赖性实验,以上实验中使用0.1A/s和1.0A/s的厚度的Li。四个相同的OLED器件在单个基板上产生0.1cm ²的有效面积。用Photoresearch PR650 SpectraScan色度2400源计记录器件的电致发光性能。

3结果与讨论

3.1单堆栈设备

3结果与讨论

3.1单堆栈设备

我们首先检查了一系列单堆叠OLED器件 - ITO|MoOx（20）|NPB（600）|八羟基喹啉铝（400）|Li（x）|Ag，Li|Ag为其中Li层从0到500变化的阴极。在制造这些器件时，所有的层被沉积在真空中而无真空断裂，以确保仅在室内环境暴露。图1A显示了外部量子图效率（EQE）和驱动电压Vs Li厚度，所有测量值均为20 mA / cm²。可以看出，在没有Li（仅Ag），器件的EQE较低（lt;0.1％） ，并且对于Li低于1Aring;的器件仍然如此。在1Aring;以上，EQE急剧上升至大约0.9％， 而这一数字或多或少仍维持在200A。 所有这些 Li lt;1Aring;的器件的驱动电压约为6.5V，包括仅为Ag的器件。在200Aring;稳定上升至10 V以上之前，它逐渐减少到最小约5.0V在8Aring;Li时。在500Aring;Li的情况下，OLED器件会发生灾难性的故障，导致即使驱动电压持续增加，也很少或根本没有光发射。在Li沉积期间，Li原子（来自气相）撞击预期八羟基喹啉铝层的表面将会渗透或扩散进入 八羟基喹啉铝层的大部分，产生一种化学掺杂层，由Li 八羟基喹啉铝 - 电荷转移络合物组成[16,17]。这个Li掺杂的八羟基喹啉铝或n 层，可能会在下面形成一个电子注入的接触，直接进入无掺杂的八羟基喹啉铝层 ，假设Li渗透率远小于400A - 整个八羟基喹啉铝层的厚度。同样，沉积Ag电极也可能导致Ag渗入八羟基喹啉铝膜[3,5]。Li作为中间层，预计Ag渗透深度取决于Li层的厚度。对于Ag器件和lt;1Aring;Li的器件，其EQE值低（lt;0.1％）表明Ag可以至少渗透至400A到八羟基喹啉铝层，导致从NPB|八羟基喹啉铝接口的八羟基喹啉铝排放淬火。或者，这些低EQE值可归因于电荷重组区域的不平衡和由于阴极的电子注入而导致的复合带向阴极的转移，尽管 这将被证明是一个次要途径。 Ligt; 1的器件达到更高的EQE值约为0.9%，这表明在NPBj八羟基喹啉铝界面上排放的淬火大大减少。具有500A的Li的器件是一个例外，因为有这样厚的Li层的Li|Ag电极看起来不均匀，而且设备是不发射的。在1〜10Aring; 驱动电压的首次下降表明了Li 八羟基喹啉铝 电子注入接触的形成。超过10的Li，驱动电压逐渐增加，这可能是由于存在一个绝缘层，可能是LiOx和Li(OH)x由于在真空室里过量的Li和剩余的H₂O和O₂的反应所形成的LiOx和Li(OH)x造成的。

接下来，我们使用一个NPB|八羟基喹啉铝双层叠加法，研究了Ag进入八羟基喹啉铝的情况，在这个层中，八羟基喹啉铝层从100到5000，只有阴极。图1B显示，由于八羟基喹啉铝的大体积电阻增加，驱动电压逐渐增加。然而，EQE对于第三层厚度小于200A的器件来说，基本上是零。在八羟基喹啉铝的2000A时，它的最大值将逐渐增加到0.7%，这一数字远远超过了EQE在八羟基喹啉铝的400A时所获得的0.1%的EQE。这些结果表明，Ag能够在气相沉积过程中穿透深度进入第三 层，从而导致NPB|八羟基喹啉铝界面的发光(激发)淬火，在那里，电子空穴重组发生。最小的穿透深度至少为200A，但是有效的穿透深度可能超过2000A，因为最大的EQE是0.7%(在八羟基喹啉铝的2000A)，与LijAg的阴极相比仍然很低。在八羟基喹啉铝厚度超过2000A时EQE的下降可以归因于光学效应(例如:微腔效应)。比较图1A和B的EQE值，可以看到使用LijAg的OLED设备效率更高。这些结果表明了Li的渗透

八羟基喹啉铝有限，可能小于50-100Aring;，而在八羟基喹啉铝上的插入可以有效地被Li的一层或一个Li掺杂的八羟基喹啉铝层所阻隔。。

我们更详细地研究了Li渗透的影响,使用一个器件结构ito|moox|npbq3(400-x)|i(4)|八羟基喹啉铝(x)|Ag——Li在两个不同的八羟基喹啉铝层之间沉积。如图 2所示，只要Li层距NPB|八羟基喹啉铝接口约100个百分点，EQE就保持不变(1.0%)，而EQE会急剧下降。这个靠近Li层附近的尖锐的NPB|八羟基喹啉铝EQE损失界面只能从Li层淬火。此外，由于在NPB|八羟基喹啉铝界面附近的Li层可能无法完全屏蔽Ag的影响，Ag电极也可能导致淬火。从大约6〜12V的驱动电压的线性上升可以归结额外的Li|八羟基喹啉铝界面与反对Ag阴极电子传输形成的屏障。这些结果表明，在与之前的结果相一致的情况下，Li在八羟基喹啉铝通过气相沉积渗透的方法在50-100的范围内都是有限的。

Ag和Li的渗透深度与八羟基喹啉铝的不同，可以从金属和有机层之间的不同程度的化学反应和物种形成的不同程度上来理解。计算表明八羟基喹啉铝与Li相互作用非常强烈，形成Li Alq ₃ - [17]，从而导致短暂的渗透深度。已知八羟基喹啉铝和Ag之间的化学亲和力是很低的，这就解释为何Ag在八羟基喹啉铝的深度渗透[3E5]。对于沉积在菲咯啉上的Ag，已经有Ag 菲咯啉-物种被证实，表明化学相互作用和低Ag渗透在菲咯啉[6,18]。在菲咯啉的顶部堆积了大量的Ag聚积，防止了Ag的渗透进入八羟基喹啉铝。Li也有类似的行为，Li集中形成了屏障层，以防止Li或其他随后的金属，如Ag的渗透，扩散到八羟基喹啉铝层。例如，可以通过插入一个Cr层来阻止对三甲基环己烷的渗透，这种层与聚合物的亲和性比Ag更高，并且从后面的金属原子中形成Ag簇的趋势[19,20]。

在研究了Li和Ag在OLEDs(有机发光二极管) 的第三个双层结构上的渗透后，我们研究了一种npb|bph3|菲咯啉三层结构，菲咯啉是一个额外的电子传输层。两套设备已经准备好了:A是 |菲咯啉(100A)|Li(x)|Ag，从0到500A不等，而B 则是菲咯啉的一种， 从0到100A。NPB和八羟基喹啉铝在所有设备上的固定为600A和400A，类似于以前的实验。如图3A所示，在设置一台设备时，用100 菲咯啉的EQEs，即使只带一个Ag(没有Li)的阴极，也能获得高达1.2%的电子。这一结果表明，与Ag相比，Ag进入菲咯啉的过程是相当有限的。在菲咯啉jAg 界面上形成的Agthorn;-菲咯啉- species和随后的Ag集群阻止了金属的渗透 。我们还可以看到，Li对三层NPB|八羟基喹啉铝|菲咯啉设备的影响是有限的，因为EQE在从0到50的情况下仍然保持相对平稳的1.2%。在这一范围之外，由于之前的实验中所观察到的Li反应，电压和EQE都恶化了。结果表明，在图3B的基础上，采用Li|Ag和Ag仅有电极的B装置的菲咯啉厚度依赖的结果。我们可以看到，对于只使用Ag的设备，驱动电压首先会随着菲咯啉厚度的增加而减小(从0到5.7 V在0到20范围内)，然后在100 菲咯啉增加到8.3 V。与之相比，Li|Ag设备的驱动电压更低，对菲咯啉的厚度的依赖性更小。在100 菲咯啉，驱动电压保持在6.5伏，EQE的行为是完全不同的。菲咯啉的存在，即使是10岁，也需要恢复对agi的高价值的价值。在Li|Ag作为阴极的情况下，即使是在没有菲咯啉的设备上，也可以获得高的EQE，就像之前的双层NPB|八羟基喹啉铝恶果一样。从某种意义上说，菲咯啉或Li可能被认为是一个“缓冲”层，它的作用是将Ag的渗透到八羟基喹啉铝 ，这被认为是NPB|八羟基喹啉铝设备的EQE低气压的根本原因。此外，Li还通过将费米能级推向LUMO，从而促进了菲咯啉的电子注入，从而降低了驱动器的电压。

与没有Li [1]的器件相比， Lithorn;菲咯啉和Agthorn;菲咯啉的形成将解释Li和菲咯啉的缓冲渗透行为。Li在菲咯啉的扩散得到了进一步的评价，使用了一种装置结构 ，即ITO|MoOx|NPB|八羟基喹啉铝|菲咯啉（100-x）jLi（4）|菲咯啉（x）|Ag，其中一层Li被放置在两层菲咯啉之间。如图4所示，驱动电压和EQE在菲咯啉的位置相对不受影响，无论是在八羟基喹啉铝还是在菲咯啉层的任何地方。电压(1 V)和Li直接在八羟基喹啉铝层上的电压只有一点点上升，因为Li-掺杂的菲咯啉层被认为离Ag阴极更远。这一结果与Li在图2的两层八羟基喹啉铝实验中所产生的结果不同，后者的电压线性增加，因为Li层离NPB接口更近。EQE几乎是恒定的(1.2%)进一步支持了Li在沉积过程中阻止扩散或渗透的作用，形成了一个Li-菲咯啉-复合物和随后的Li集群[1,6,18]。研究结果还表明，Li在菲咯啉的传播比在八羟基喹啉铝中更为分散。显然，即使在菲咯啉层被放在上面的时候，Li也能扩散到菲咯啉。据估计，在菲咯啉中，Li的扩散长度可达50-100。

图 1.驱动电压和EQE依赖于（A）Li厚度：ITO|MoO_x（20）|NPB（600）|八羟基喹啉铝（400）|Li（x）|Ag器件和（B）八羟基喹啉铝厚度ITO|MoO_x（20）|NPB（600Aring;）|八羟基喹啉铝（x）|Ag设备。 在20mA / cm ²下测量电压和EQE。

图2.驱动电压和EQE，用于：ITO|MoOx（20）|NPB（600）|八羟基喹啉铝（400-x）|Li（4）|八羟基喹啉铝（x）|Ag设备。 在20mA / cm²下测量电压和EQ

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