Sifat Pengikatan dan Transportasi Poli[(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenylene)-alt-co-(2-methoxy- 5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene)] (POFP) untuk Aplikasi Laser Padat Organik yang Dipompa Dioda

Hasil dan Diskusi

Gambar 1b menunjukkan spektrum serapan, PL, dan ASE dari film tipis POFP. POFP menunjukkan emisi yang kuat di wilayah hijau yang memuncak pada 512 nm dengan bahu pada 550 nm, sedangkan penyerapan memuncak pada 452 nm. Lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) spektrum PL adalah 60 nm. Spektrum ASE dari POFP yang dipompa oleh laser Nd:YAG pada 355 nm menunjukkan puncak pada 548 nm. Memang, penyerapan yang kuat di wilayah biru utama memberikan kemungkinan untuk memompa POFP dengan menggunakan OLED biru.

Gambar 2a menunjukkan ketergantungan FWHM dan intensitas keluaran ASE dari film POFP dengan ketebalan 135 nm pada berbagai intensitas pompa. Saat intensitas pompa ditingkatkan dari 1 menjadi 20,0 μJ/cm ² , FWHM ditemukan menurun dari 27,3 menjadi 3,5 nm, sedangkan intensitas puncak ASE diperkuat secara signifikan. Transisi dari ketergantungan linier ke superlinier dari intensitas ASE sebagai fungsi dari intensitas pompa dapat digunakan sebagai indikasi ambang ASE. Selanjutnya, nilai FWHM tetap stabil pada intensitas pompa yang lebih tinggi, yang menunjukkan keadaan saturasi ASE. Energi ambang batas film POFP dengan ketebalan yang berbeda dari 60 hingga 165 nm kemudian diukur, seperti yang dirangkum dalam Tabel 1. Diamati bahwa film POFP menunjukkan nilai ambang batas terendah sebesar 4,0 μJ/cm ² dengan ketebalan optimal 135 nm. Diketahui bahwa cahaya pemompaan tidak dapat diserap secara efektif ketika film terlalu tipis; jika tidak, kepunahan akan disebabkan oleh hamburan dalam kasus film tebal. Gambar 2b menunjukkan evolusi spektrum emisi POFP (135 nm) dengan peningkatan intensitas pompa 3, 4, dan 16 μJ/cm ² . Penyempitan gain spektrum ASE dapat diamati dengan jelas.

a Ketergantungan FWHM (persegi) dan intensitas puncak (bola) film POFP (135 nm) pada berbagai intensitas pompa. b Evolusi spektrum emisi film POFP (135 nm) dengan meningkatnya intensitas pompa

Parameter penting lainnya yang harus dipertimbangkan adalah faktor Q, yang menggambarkan kemampuan untuk mempertahankan cahaya dari setiap struktur umpan balik. Ini dapat digunakan untuk mengevaluasi manfaat ambang ASE dalam model resonator Fabry-Perot [21]. Dengan perhitungan, Q-faktor POFP adalah 159, yang merupakan nilai yang relatif tinggi dibandingkan dengan 109 untuk bahan anorganik CaF₂ atau Si [22] dan 65 untuk film polimer starburst pyrene-capped [7].

Untuk membuat OSL yang dipompa dioda dengan POFP, sangat penting untuk memahami karakteristik transport pembawanya. Dua bahan yang digunakan secara liar, NPB sebagai bahan pengangkut lubang dan Bphen sebagai bahan pengangkut elektron, digunakan untuk membandingkan dengan sifat transpor POFP melalui perangkat pembawa tunggal. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, perangkat A dan perangkat B dibuat untuk membandingkan karakteristik pengangkutan lubang antara POFP dan NPB. J –V kurva menunjukkan kemampuan transportasi lubang inferior POFP yang jelas. Sebaliknya, karakteristik transpor elektron POFP (perangkat C) diukur lebih baik daripada Bphen (perangkat D) seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b, yang menunjukkan bahwa POFP harus berfungsi sebagai material transpor elektron di OSL.

J –V karakteristik a perangkat khusus lubang dan b perangkat elektron saja. Struktur perangkat ditampilkan di sisipan

1,4-bis[N-(1-naftil)-N′-fenilamino]-4,4′-diamina/9,10-di(2-naftil) antrasena (AND) didoping dengan dopan biru p-bis(pN ,N-diphenylaminostyryl)benzene (DSA-Ph) dipilih sebagai lapisan pemancar (EML) di OSL untuk memompa POFP. Gambar 4 menunjukkan spektrum EL AND:2wt%DSA-ph dan spektrum penyerapan POFP. Spektrum EL EML menunjukkan puncak pada 468 nm, diikuti oleh puncak bahu pada 500 nm, menunjukkan emisi cahaya biru. POFP ditemukan memiliki penyerapan tinggi di hampir seluruh wilayah biru, membuat rentang yang luas tumpang tindih dengan spektrum EL EML, yang menawarkan kemungkinan transfer energi untuk mewujudkan masukan energi dari EML untuk mendapatkan lapisan media.

Spektrum EL AND:2wt%DSA-ph dan spektrum absorbansi POFP

Diketahui bahwa, dalam perangkat microcavity, bahkan refleksi kecil dapat membuat efek besar pada kinerja perangkat, yang disebabkan oleh film molekuler yang dibatasi antara elektroda logam dan reflektor lainnya. Struktur tersebut dapat bekerja sebagai resonator optik untuk menentukan mode distribusi medan optik dan untuk memodifikasi distribusi FWHM atau intensitas cahaya. Untuk menggunakan rongga mikro optik untuk mendapatkan cahaya yang koheren, salah satu metodenya adalah teori interferensi film tipis. Berdasarkan teori interferensi berkas, hubungan antara perbedaan jalur optik δ dan perbedaan fase φ adalah \( \upvarphi =\frac{2\uppi}{\uplambda}\updelta \). Ketika δ = mλ (m adalah bilangan bulat positif, singkatan dari fringe order), maka akan terbentuk peningkatan interferensi. Ketika δ = (2m − 1)λ/2, akan terjadi interferensi destruktif. Mempertimbangkan kondisi peningkatan interferensi dalam sistem film tipis, ketebalan rongga mikro d harus memuaskan d = mλ/2, untuk menghasilkan peningkatan umpan balik. Sebaliknya, jika ketebalan d = (2m − 1)λ/4, interferensi destruktif akan terjadi.

Berdasarkan teori ini, perangkat POFP yang dipompa oleh EML dengan arus searah (DC) telah dibuat. Perbedaan jalur optik seharusnya δ = mλ, untuk menghasilkan peningkatan interferensi, di mana m harus serendah 1 karena ketebalan film akan mempengaruhi tegangan operasi perangkat. Selain itu, bias film akan memiliki pengaruh terhadap panjang gelombang, sehingga λ ^′ = λ/n. Umumnya, indeks bias n film organik adalah sekitar 1,7. Akibatnya, ketebalan rongga mikro minimum d _c antara elektroda logam dan film POFP untuk mencapai peningkatan interferensi dapat dihitung sebagai berikut:\( {d}_{\mathrm{c}}=\frac{\uplambda}{2n}=\frac{512\;\mathrm {nm}}{2\times 1.7}\kira-kira 150\;\mathrm{nm} \). Demikian pula, ketebalan rongga mikro yang sesuai untuk mewujudkan interferensi destruktif dihitung menjadi 75 nm.

Dalam karya ini, struktur perangkat terbalik digunakan untuk membuat OSL yang dipompa dioda. Kami baru-baru ini menemukan bahwa struktur perangkat ITO/ZnS/Bphen/AND:DSA-ph/NPB/MoO3/Al dapat berfungsi sebagai OLED terbalik dengan efisiensi yang sangat tinggi karena pembentukan lapisan dipol antarmuka yang menguntungkan pada logam sulfida. antarmuka organik [20]. Selain itu, struktur terbalik juga memiliki potensi aplikasi yang besar untuk memberikan masa pakai perangkat yang lebih lama karena dapat menahan air dan oksigen dari bawah bahan injeksi elektron yang sensitif [23]. Selain itu, 2T-NATA digunakan untuk menyesuaikan ketebalan rongga mikro. Perangkat dengan microcavity interferensi destruktif dibuat sebagai referensi. Struktur perangkat pembalik (perangkat E dan perangkat F) ditunjukkan pada Gambar 5a, sedangkan Gambar 5b menunjukkan struktur molekul bahan pemancar.

a Struktur perangkat OSL yang dipompa dioda E dan perangkat F. b Struktur molekul bahan pemancar yang digunakan dalam perangkat

Total ketebalan MoO₃ /2T-NATA/NPB/AND:2wt%DSA-ph dalam perangkat pemancar cahaya yang dipompa dioda adalah 75 dan 150 nm untuk perangkat E dan perangkat F, masing-masing, konsisten dengan ketebalan rongga mikro yang dihitung. Elektron dan lubang dapat bergabung dalam EML, memancarkan cahaya biru, yang akan memompa POFP dan menghasilkan spektrum radiasi spontan. Cahaya parsial selanjutnya dapat dipantulkan ke lapisan POFP, sedangkan cahaya yang distimulasi dari POFP akhirnya akan menyebabkan gangguan pada cahaya yang dipantulkan untuk mewujudkan peningkatan. AND berfungsi di sini sebagai tuan rumah, sedangkan DSA-ph adalah dopannya. Pengaruh konsentrasi doping yang berbeda (1,0, 2.0, dan 5,0 berat) dan dopan yang berbeda (DSA-ph dan BCzVBi) pada kinerja OSL telah diselidiki terlebih dahulu. Ditemukan bahwa konsentrasi doping 2,0 wt% dan penggunaan DSA-ph sebagai dopan memberikan kinerja yang optimal, seperti yang ditunjukkan pada File tambahan 1:Gambar S1 dan S2 dari informasi pendukung.

Gambar 6a, b menunjukkan evolusi spektrum EL dengan meningkatnya tegangan perangkat E dan perangkat F yang dipompa dioda. Sisipan menunjukkan ketergantungan pancaran dan FWHM pada berbagai rapat daya. Dapat ditemukan bahwa spektrum EL dari kedua perangkat menunjukkan puncak pada 512 nm dengan bahu, yang mirip dengan spektrum PL POFP, yang menunjukkan bahwa cahaya yang muncul berasal dari eksitasi POFP dan dirangsang oleh EML. Pada sisipan Gambar 6, dapat ditemukan bahwa FWHM perangkat F menurun dari 60 menjadi 32 nm dengan meningkatnya kerapatan daya, sementara penyempitan FWHM yang sangat kecil (dari 62 menjadi 60 nm) diamati pada perangkat E. Fenomena ini dapat dikaitkan dengan interferensi destruktif dan peningkatan yang disebabkan oleh ketebalan rongga mikro yang dihitung. Selanjutnya, pancaran perangkat F meningkat secara signifikan saat kepadatan daya lebih tinggi dari 34,0 W/cm ² , tetapi peningkatan tersebut tidak ditemukan di perangkat E. Biasanya, penyempitan FWHM dan peningkatan pancaran dapat dianggap sebagai karakteristik penguat; namun, FWHM 32 nm masih terlalu lebar untuk dianggap sebagai emisi penguat. Dalam hal ini, emisi yang diamati pada perangkat F dengan sifat penguat dapat dikaitkan dengan tindakan pemandu gelombang. Diketahui bahwa pandu gelombang adalah filter spasial yang sangat baik, cahaya dapat muncul dari pandu gelombang di tempat yang hampir dibatasi difraksi. Pencahayaan juga dapat bocor secara resonansi ke dalam substrat dan kemudian merambat di sebelah pandu gelombang, memberikan emisi yang sempit [24]. Selain itu, microcavity luminescent juga dianggap sebagai struktur yang dapat menginduksi emisi dengan sifat yang mirip dengan laser. Lingkungan lokal dapat sangat mempengaruhi emisi spontan dari sebuah molekul, dan mikrostruktur skala panjang gelombang dan rongga mikro dapat mengubah sifat spasial, spektral, dan temporal dari emisi cahaya ini melalui efek interferensi, yang dapat menyebabkan lebar garis yang sempit [21].

Evolusi spektrum EL dengan meningkatnya tegangan perangkat yang dipompa secara elektrik E a dan perangkat F b . Sisipan menunjukkan ketergantungan pancaran dan FWHM pada berbagai kepadatan daya

Hasil ini menunjukkan bahwa emisi yang diukur dalam pekerjaan ini bukanlah penguat yang dipompa secara elektrik, tetapi penyempitan spektrum dan peningkatan pancaran dapat dikaitkan dengan fitur penguat, mengungkapkan kemungkinan untuk mewujudkan laser semikonduktor organik di bawah pemompaan dioda. Hasil tersebut juga menunjukkan karakteristik penguat yang hebat dan kinerja listrik POFP sebagai media penguatan. Selain itu, kami telah mempelajari pengaruh polimer yang berbeda seperti MEH-PPV pada kinerja OSL yang dibandingkan dengan POFP (lihat File tambahan 1:Informasi pendukung, Gambar S3). Ternyata POFP mungkin merupakan pendekatan yang lebih menjanjikan untuk realisasi perangkat laser yang dipompa dengan listrik organik di masa depan dengan menggunakan skema yang tepat, seperti memanfaatkan tegangan berdenyut untuk menyediakan energi eksitasi atau memperkenalkan pola resonansi Bragg terdistribusi pada substrat.