ABSTRACT Organic light emitting diode (OLED) has significant scientific implication and technological potential. Using organic materials for tailored emitting color, threshold voltage reduction, and emission efficiency gain are the key points for the commercialization of OLED. An UV-Vis spectrophotometer was applied to obtain the absorption spectra of PVK, C6, and PRL, as well as their respective band gap (Eg) values of 3.49 eV, 2.32 eV, and 2.55 eV. The turn-on oxidation potential of cyclic voltammograms was reduced for HOMO energy at 5.64 eV, 5.21 eV, and 5.16 eV, respectively. The Eg subtracted from HOMO energy yielded the respective LUMO values of 2.15 eV, 2.89 eV and 2.61 eV. Excitation at 457 nm or 325 nm was applied to the freestanding films of PVK, PVK doped with C6 (10/1), and PVK doped with PRL (10/1). From the UV-Vis absorption spectra and Egs, we knew that 457 nm excitation did not generate photoluminescence (PL) of PVK. The PL spectra of the doped freestanding films were mostly attributed to the dye molecules of C6 or PRL. The PL spectra of doped freestanding films were insensitive to the excitation sources at 325 nm and 457 nm. There was a blue shift at the PL emission peak indicative of energy transfer from PVK to C6 or PRL for the doped films. Using spin-coating or vacuum deposition to fabricate PVK, C6, and PRL films onto an ITO substrate followed by evaporating Al (Ag) as the electron injector to form OLED devices. Because of the energy transfer between PVK and C6 or PRL, ITO/PVK:C6/Al homojunction OLED showed a smaller threshold voltage than that of ITO/C6/Al, from 9 V to 3.5 V. Likewise, ITO/PVK:PRL/Al homojunction OLED had a smaller threshold voltage than that of ITO/PRL/Al, from 8 V to 4.5 V. PVK was also used as the hole blocking layer to construct heterojunction OLED to balance electron-hole numbers in the emitting layer. The threshold voltage of ITO/C6/Al reduced from 9 V to 7 V with a heterojunction of ITO/PVK/C6/Al. A device of ITO/PRL/Al having a threshold voltage of 8V reduced to 6V with an ITO/PVK/PRL/Al heterojunction OLED. Coating a protective layer (Ag) on the metallic electron injector, or packaging the device in N2 could both decrease the decay and increase the life time of OLED.

The major purpose of LED is the electroluminescence. We use the time-resolved electroluminescence (TR-EL) method to measure the response time of LED in our experiments. In addition, typical diode has optical beam induced current (OBIC) characteristic in its depletion region. Combining upon physical reaction we can compare TR-EL and OBIC in the same LED. We are using the high frequency function generator, pulsed laser with high repetition rate, laser scanning confocal microscopy and a high frequency phase sensitive lock-in loop to achieve temporal resolution. The response time of LED can be measured in two different physical characteristic.

Thesis (Ph.D)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Chair: Kippelen Bernard; Committee Member: Brand Oliver; Committee Member: Bredas Jean-Luc; Committee Member: Dupuis Russell D.; Committee Member: Smith Glenn S.. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Thesis (Ph.D.)--McMaster University, 2003. / Advisor: A.H. Kitai. Includes bibliographical references (leaves 193-199). Also available via World Wide Web.

Thesis (M.Phil.)--Hong Kong University of Science and Technology, 2006. / Includes bibliographical references. Also available in electronic version.

Filmes finos de nitreto de silício com excesso de nitrogênio foram depositados sobre silício por sputtering reativo para obter estruturas emissoras de luz. As amostras foram modificadas por implantação iônica para verificar a influência dos dopantes arsênio (As) e boro (B) nos espectros de fotoluminescência (PL). As medidas de PL foram realizadas na faixa de temperatura entre 15-300 K e apresentaram uma emissão entre os comprimentos de onda 370-870 nm. Os dopantes introduziram uma emissão em 725 nm na banda de emissão, principalmente as dopadas com As. Foram realizadas medidas de microscopias para verificar a presença de nanoestruturas assim como a distribuição dos dopantes no material. As imagens de microscopias confirmaram a presença de nanocristais de nitreto de silício nas fases α, β e γ e identificaram a presença do dopante B nas fases cristalinas. O modelo de condução de Pool-Frenkel domina o transporte de portadores, indicando que a condução ocorre pelos níveis intrabandas, característica que definiu o modo que as recombinações radiativas ocorreram. As medidas de eletroluminescência (EL) apresentaram uma emissão centrada nos comprimentos de onda 760 e 880 nm (polarização negativa) e 1010 nm (polarização positiva) revelando diferenças significativas quando comparadas com as medidas de PL. Essa diferença esta associada à maneira como os elétrons populam os níveis intrabanda (excitação óptica para PL e elétrica para EL) que resulta em recombinações radiativas em diferentes comprimentos de ondas. A intensidade dos espectros de EL manifestou uma dependência quase linear com a densidade de corrente para ambas as polarizações. As medidas de EL em campos alternados exibiram um espectro de emissão composto pela soma das bandas obtidas separadamente em cada uma das polarizações. Medidas de EL em diferentes temperaturas (50-300 K) foram realizadas para investigar a influência da temperatura nos processos de recombinação radiativa. A intensidade exibiu uma redução com o aumento da temperatura, devido ao aumento do acoplamento elétron-fônon. / Silicon nitride with excess of nitrogen thin films were deposited on silicon substrate by reactive sputtering in order to obtain light emitting structures. Samples were modified by ion implantation of arsenic (As) and boron (B) to ascertain dopant leverage at photoluminescence (PL) spectra. PL measurements were performed at temperature ranging from 15 K up to 300 K and showed a band emission between wavelength 370 and 870 nm. An emission centered at 725 nm was observed in doped samples; especially in the presence of As. Microscope images showed crystalline structures of α-Si3N4, β-Si3N4 and γ-Si3N4 and confirmed boron dopant in nanocrystalline structures. Pool-Frenkel conduction model dominates electron transport in non-stoichiometric silicon nitride films due to intraband levels, phenomenon that has a huge contribution to electroluminescence (EL) emission. EL signals were composed by two peaks centered at 760 and 880 nm (negative bias – EL-N) and one peak at 1010 nm (positive bias – EL-P). Diffences between PL and EL spectra exhibit a clear dependence on the mode of excitation (photo and current source) on radiative recombination process. EL intensity had almost a linear increase with current density for both polarizations. EL measurements under AC voltage were composed by a superposition of the signals from EL-N and EL-P signals. Photo and electroluminescence measurements were collected at different temperatures (50 to 300 K) in order to investigate the temperature influence on the radiative recombination. The EL intensity was decreasing with temperature increasing, due to electron-phonon interactions.

Filmes finos de nitreto de silício com excesso de nitrogênio foram depositados sobre silício por sputtering reativo para obter estruturas emissoras de luz. As amostras foram modificadas por implantação iônica para verificar a influência dos dopantes arsênio (As) e boro (B) nos espectros de fotoluminescência (PL). As medidas de PL foram realizadas na faixa de temperatura entre 15-300 K e apresentaram uma emissão entre os comprimentos de onda 370-870 nm. Os dopantes introduziram uma emissão em 725 nm na banda de emissão, principalmente as dopadas com As. Foram realizadas medidas de microscopias para verificar a presença de nanoestruturas assim como a distribuição dos dopantes no material. As imagens de microscopias confirmaram a presença de nanocristais de nitreto de silício nas fases α, β e γ e identificaram a presença do dopante B nas fases cristalinas. O modelo de condução de Pool-Frenkel domina o transporte de portadores, indicando que a condução ocorre pelos níveis intrabandas, característica que definiu o modo que as recombinações radiativas ocorreram. As medidas de eletroluminescência (EL) apresentaram uma emissão centrada nos comprimentos de onda 760 e 880 nm (polarização negativa) e 1010 nm (polarização positiva) revelando diferenças significativas quando comparadas com as medidas de PL. Essa diferença esta associada à maneira como os elétrons populam os níveis intrabanda (excitação óptica para PL e elétrica para EL) que resulta em recombinações radiativas em diferentes comprimentos de ondas. A intensidade dos espectros de EL manifestou uma dependência quase linear com a densidade de corrente para ambas as polarizações. As medidas de EL em campos alternados exibiram um espectro de emissão composto pela soma das bandas obtidas separadamente em cada uma das polarizações. Medidas de EL em diferentes temperaturas (50-300 K) foram realizadas para investigar a influência da temperatura nos processos de recombinação radiativa. A intensidade exibiu uma redução com o aumento da temperatura, devido ao aumento do acoplamento elétron-fônon. / Silicon nitride with excess of nitrogen thin films were deposited on silicon substrate by reactive sputtering in order to obtain light emitting structures. Samples were modified by ion implantation of arsenic (As) and boron (B) to ascertain dopant leverage at photoluminescence (PL) spectra. PL measurements were performed at temperature ranging from 15 K up to 300 K and showed a band emission between wavelength 370 and 870 nm. An emission centered at 725 nm was observed in doped samples; especially in the presence of As. Microscope images showed crystalline structures of α-Si3N4, β-Si3N4 and γ-Si3N4 and confirmed boron dopant in nanocrystalline structures. Pool-Frenkel conduction model dominates electron transport in non-stoichiometric silicon nitride films due to intraband levels, phenomenon that has a huge contribution to electroluminescence (EL) emission. EL signals were composed by two peaks centered at 760 and 880 nm (negative bias – EL-N) and one peak at 1010 nm (positive bias – EL-P). Diffences between PL and EL spectra exhibit a clear dependence on the mode of excitation (photo and current source) on radiative recombination process. EL intensity had almost a linear increase with current density for both polarizations. EL measurements under AC voltage were composed by a superposition of the signals from EL-N and EL-P signals. Photo and electroluminescence measurements were collected at different temperatures (50 to 300 K) in order to investigate the temperature influence on the radiative recombination. The EL intensity was decreasing with temperature increasing, due to electron-phonon interactions.

Orientador: Teresa Dib Zambon Atvars / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T16:58:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bonon_BrunaMediciAmorim_M.pdf: 3494663 bytes, checksum: 8ebdcfe3c6777860773199ca2b85e29d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Nesse trabalho, foram estudadas as propriedades fotofísicas de misturas entre dois polímeros fluorescentes (PVK e PFO-MEHPV) em solução e em filmes com diferentes concentrações dos dois componentes. O polímero PVK pode atuar como doador de energia para o polímero PFO-MEHPV que consequentemente é intitulado de receptor. Há uma forte sobreposição espectral entre o espectro de emissão do doador e o espectro de absorção do receptor, além disso, o doador (PVK) possui um componente de tempo de vida de fluorescência longo. Esses dois fatores somados podem favorecer o processo não-radiativo de transferência de energia (FRET, fluorescence resonance energy transfer). Nos estudos em solução, os espectros de fotoluminescência do PVK mostraram uma diminuição da intensidade de emissão desse polímero na presença do PFO-MEHPV. Entretanto, o tempo de vida não praticamente não se alterou com o aumento da concentração do doador nas misturas. Dessa forma, pode-se concluir que para as soluções a diminuição da intensidade da emissão do doador está mais correlacionada com a transferência de energia trivial do que com FRET pelo mecanismo de Föster. Por outro lado, as blendas poliméricas no estado sólido parecem submeter-se mais eficientemente ao processo de transferência de energia do tipo Föster, pois os resultados demonstraram que houve tanto a diminuição da intensidade de emissão do doador quanto a diminuição do tempo de vida do mesmo. Além disso, ao se excitar uma das blendas com um comprimento de onda adequado somente para o doador, obteve-se também a emissão do receptor. Isso evidencia a transferência de energia do doador para o receptor. As alterações dos dados fotofísicos com a composição das blendas se correlacionam com as alterações nas correspondentes morfologias dos filmes, analisadas por microscopia eletrônica de varredura / Abstract: The energy transfer processes were studied for mixtures of PVK and PFO-MEHPV, which are two polymers that have a strong overlap between the donor emission spectrum and the acceptor absorption spectrum, in both solutions and films and with several relative proportions of the two components. The emission decay of neat PVK is much slower than that of PFO-MEHPV, which may favor the non-radiative energy transfer process. The steady-state PL spectra of PVK exhibited an intensity decrease in the presence of PFO-MEHPV, but the decrease in the the PVK lifetime does not follow the same trend upon increasing the donor concentration. Thus, it has been assumed that the intensity decrease was more strongly correlated with the trivial energy transfer than with FRET process by the Föster mechanism. The low FRET efficiency may be attributed to the presence of several types of the others PVK photophysical processes that quench the excited state via FRET process. Nevertheless, the solid-state polymer blends undergo Förster-type energy transfer more efficiently in addition to the trivial process, as demonstrated by the relative increase in the emission intensity of the acceptor following the donor excitation and the decrease in the donor PL lifetime. Moreover, in films, there are two concentration ranges in which the donor lifetime exhibited an additional decrease, and these concentration ranges are coincident with those at which changes in the morphology were observed using SEM / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

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