固态阴极射线发光的发现(2)
2013-09-22 01:15
导读：4 固态阴极射线发光的普适性 固态类阴极射线发光的发现是利用有机场致发光材料，但是从它的发光机理来看，它同样也可在无机发光材料中实现，这在
4 固态阴极射线发光的普适性
固态类阴极射线发光的发现是利用有机场致发光材料，但是从它的发光机理来看，它同样也可在无机发光材料中实现，这在ZnSe上观察到了这一现象.另一方面，也有多种材料可以充当加速层，这说明它具有很好的普适性.
（1）无机发光材料(包括半导体（n型或p型）发光材料，绝缘体发光材料)，以及一些有机的半导体发光材料（n型或p型）等多种发光材料都可有固态阴极射线发光.用各种发光材料作分层优化中的发光材料，比如Alq3,PPV，C9-PPV，MEH-PPV，早期观察到的Y2O2S：Eu以及ZnSe，都发现了固态阴极射线发光，这说明从SiO2中加速出来的高能电子可以激发多种材料［14，15］，其中C9-PPV的固态阴极射线发光见图3［16］.
（2）SiO2，ZnS，Si3N4和Ta2O5都可作为电子加速层.制备了ITO/ZnS/ PPV/ ZnS/Al，用ZnS中加速的电子碰撞PPV，也得到了固态类阴极射线发光.但这时只得到长波峰的激子发光，而没有复合的蓝光，表明PPV所在处的电场强度不够强，激子没有离化.同样，在制备的ITO/ Ta2O5/ PPV/ Ta2O5/Al器件中，也发现了固态阴极射线发光.
固态阴极射线的特征是在它的光谱中出现短波发光峰，实验证明，长波发光峰的减弱是由于电场离化效应.为此，研究了所用样品的光致发光受电场的调制作用，发光随电场上升而下降，这是由于处于激发态的激子中的电子在电场中的离化（或猝灭）而引起的，将这一效应出现的电压阈值和固态阴极射线的短波峰出现的电压相比，发现短波峰的出现是在激子的电场离化之后，从而找出了电子处于局域态与扩展态的分水岭，解释了在有机场致发光中能带模型和分子理论并不矛盾，只是适用的条件不同.激子的离化是随电场强度而渐进地变化，因此会有一个两种过程并存的范围.即在低压情况下，激子没有离化，发光为长波峰，符合分子理论.当电压逐渐增加时，激子完全离化，电子进入扩展态，表现为短波峰发光，符合能带理论.在高压和低压中间，两种波峰的发光同时存在，这时两种理论分别适用于激子及扩展态.这样，固态阴极射线发光模型也就阐明了发光中分子理论和能带理论各自的适用范围.
（科教范文网http://fw.ΝsΕΑc.com编辑） 有人怀疑这里观察到的蓝光来自SiO2，这是没有丝毫实验根据的.我们从3个方面证实它只能是有机发光材料的固态阴极射线发光：
（1）首先制作了Al/ SiO2 /ITO器件，采用了类似的有利于发光的激发条件，均未发现发光，说明它不是SiO2的发光.
（2）实验表明，以SiO2或其他材料为加速层时，使用不同有机场致发光材料时，蓝光的波长随所用材料而变，而非固定的SiO2的发光.
（3）保持发光层MEH-PPV不变，改变加速层的材料，如SiO2、Si3N4，则所得到的发光光谱雷同，并不随加速层的材料更换而变化.
5 固态阴极射线发光的良好前景お
（1）从发光机理上讲，固态阴极射线的复合效率可以突破有机电致发光中最大发光效率的极限（25%）.因为在它的激发方式中，过热电子碰撞发光层时,像光致发光一样，使一个HOMO 的电子激发到LUMO 上,同时在HOMO 上留下一个自旋相反的空穴,二者的空间位置几乎不变，形成一个单线态激子,而不会形成三线态激子.所以从理论上讲,这种激发方式的发光效率可以与光致发光相同［17］.
（2）一般情况下，在电场中的过热电子有一个能量分布,不是所有的经过加速后的电子都具有足够的能量激发发光层,所以固态阴极射线发光的效率要比光致发光小.但在固体中加速的电子，随电场的增加，这个能量分布由于谷间散射等将向高能区集中，极大地提高了过热电子的激发效率.
（3）根据［18］中的数据，SiO2中的过热电子能量在电场强度为3MV/cm,样品厚度500nm时可以达到100eV，这比已经有多年应用的低压荧光显示（VFD）的电子能量（一般为24eV）还高很多.
（4）通过增加初电子源，提高电子加速能力及使用固态阴极射线与有机场致发光的混合激发等均可提高发光亮度或效率，例如，无机有机复合时，在低电压下的注入发光亮度应比纯有机发光器件的传统注入式发光的亮度高，在电压高时则可以通过电子的注入及二次特性进一步改善发光亮度或效率.这时有激发能力的过热电子既可激发中心，又能保留自己，和传导及倍增电子一道参与有机场致发光.
（科教作文网http://zw.nseAc.com） 目前，未经优化的固态阴极射线发光的亮度已经可以达到650—1000 cd/m2.我们正在通过3种途径来提高其发光亮度或效率：(1)扩大初电子源；(2)提高电子加速能力；(3)通过固态阴极射线发光与有机场致发光的混合激发或级联发光，将固态阴极射线发光放大，这三方面都大有潜力.相信固态阴极射线发光必将在现实技术领域中占有它的地位.
固态阴极射线发光也已受到国际物出版界的积极关注，Appl.Phys.Lett.
期刊审稿人对它的评价是：“我相信这些作者已经接触到有机发光中一个重要的、导致场致发光的新的机理，它直接涉及到固体中的两类本征激发，即能带和轨道，我想这是一个重要的贡献”.
应美国NOVA出版社之邀，徐征教授编写的“Solid state cathodo-luminescence”(固态阴极射线发光)一文于2005年同时刊登在“New topics in condensed matter research”(《凝聚态物质物理的新主题》)及“New developments in condensed matter physics”(《凝聚态物质物理的新进展》)两本专著上.
文献
［1］ Lei G,Shen M Y,Xu Z et al. Acta Polytechnica Scandinavica Appl.Phys., 1990, 170: 295
［2］ Shen M Y, Xu X R.Sol.St.Comm., 1989, 72: 803
［3］ Xu X R, Lei G,Shen M Y et al. J.Crystal Growth, 1990, 101: 1004
［4］ Lei G,Shen M Y, Xu Z et al. J. Lum.， 1991， 48/49: 881
［5］ Xu X R, Lei G,Shen M Y et al. Acta Polytechnica Scandinavica,
Appl.Phys.series, 1990, 170: 133
［6］ Xu X R. J. Lum., 2007, 122: 593
［7］ Xu Z,Teng F, Qu C et al. Physica B,2004, 348: 231
［8］ 曲崇,徐征,滕枫等.
物理学报，2004, 53: 4387 ［Qu C, Xu Z, Teng F et al.Acta Physica Sinica, 2004, 53: 4387 (in Chinese)］
（转载自http://zw.ＮＳＥaＣ.com科教作文网） ［9］ Xu X R, Xu X L, Wang X F et al. Ch. J. Polymer Science, 2001, 19: 579
［10］ Xu X R, Xu Z, Qu C et al. Chin. J. Lumin., 2005, 26(1): 1
［11］ 黄金昭,徐征,赵谡玲等.
华中科技大学学报,2007, 35(增刊Ⅰ):8-11
［12］ Qu C, Xu Z, Teng F et al. Chin. Phys. Lett., 2003, 20: 1144
［13］ Xu Z, Teng F, Qu C et al. J. Lum., 2003, 102/103: 291
［14］ Xu X L,Chen X M, Hou Y B et al. Chem. Phys. Lett., 2000，325：420
［15］ Qu C, Xu Z, Zhang F J et al. J. Lum., 2007, 122/123: 720
［16］ 衣立新.
北京大学理学院2001年博士学位，第55页
［17］ 徐叙瑢，徐征，滕枫等. 发
光学报，2003，24：553 ［ Xu X R, Xu Z, Teng F et al. Chinese Journal of Luminescence, 2003，24：553 (in Chinese)］
［18］ Fitting H J, Czarnowski V. Phys. Stat. Sol.(a) 1986, 93: 385
