有机二极管的J-V曲线微观机理分析

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由于有机发光二极管的科研价值和经济效益逐步上升,电流-电压关系作为描述有机发光二极管电学性质的一个非常重要的物理因素,对其进行深入研究也显然是必要的。所以本文对有机发光二极管的电流-电压关系进行了研究。本文的主要内容为:介绍了与有机发光二极管电流-电压相关的理论基础,如漂移扩散方程、漂移电流、扩散电流、玻耳兹曼统计、费米统计、爱因斯坦关系等。在漂移扩散方程的基础上,对有机发光二极管电流-电压公式进行推导。本工作采用匀强电场来近似有机发光二极管内的电场以求得到数值解并引入平均载流子浓度来使结果更加准确。目前很多关于有机发光二极管电流-电压的工作都没有考虑迁移率模型,而是直接将迁移率取成只与温度相关的常数。本工作采用Pasveer等人提出的同时考虑温度、电场和载流子浓度的迁移率表达式并将其中的载流子浓度换成平均浓度。将玻耳兹曼边界条件改写为费米分布边界条件并对简并系数进行计算,发现采用玻耳兹曼统计的情况下,通常是将看成与温度无关的常数,但当采用费米统计并考虑非简并,分析得出是与温度有关的。采用费米统计计算出的阴极、阳极空穴浓度方程式会将包含其中,避免了使用玻尔兹曼统计的局限性。公式推导完成后,使用Matlab编程实现。通过对六种不同材料的有机发光二极管器件进行仿真模拟,得到的仿真图像全部与实验数据定性符合并且效果良好,验证了本模型的准确性与实用性。并对简并系数、空穴浓度随器件长度的变化关系、平均迁移率随器件长度的变化关系进行图像输出,并分析其原因。对模型未能很好拟合的数据点进行分析,并给出了预测原因。对本文模型中用到的六种参量,分别是禁带宽度、阳极势垒、阴极势垒、晶格常数、迁移率常数、高斯态密度宽度,对仿真结果的影响进行了分析并做出预测。总体来看,本文模型的仿真结果与实验数据符合较好,为今后有机二极管电流电压关系的研究提供了较好的参考价值。
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