ساخت دیود نور گسیل آلی سفید و شبیه سازی ترابرد در قطعه با در نظر گرفتن اثرات حرارتی

استفاده از ادوات الکترونیکی بر مبنای پلیمرهای نورتاب و تابنده های فلورسانس به علّت سادگی فرآیند ساخت و اقتصادی بودن، بعنوان روشی کارا برای ساخت چراغهای حالت جامد با کیفیت بالا محسوب می شود. در این پژوهش محوریت تحقیق، ساخت دیودهای آلی و بخصوص با تابش نور سفید رنگ است. همچنین ساخت لایه های مبدل رنگ نور به کمک آلایش پلیمرهای شفاف بوسیله مولکولهای رنگ فلورسانس مورد تحقیق قرار گرفت. به علّت ساده تر بودن و در دسترس تر بودن روشهای ساخت دیودهای پلیمری، ساخت دیودهای آلی بر پایه پلیمرهای تابنده پیگیری شد و ساخت دیودهایی با رنگهای تابش مختلف محقق گردید. برای ایجاد تابش به رنگهای مختلف از پلیمرها و مولکولهای تابنده های مانند پلیمر پلی فلورین با تابش آبی، جفت پلیمر پلی فلورین- بنزوثیادیازول با تابش سبز و پلیمر پلی فنیلن وینیلن با تابش نارنجی و مولکول فلورسانسی با نام لومُجن قرمز بصورت مجزا یا در ترکیب با یکدیگر استفاده گردید و بعنوان لایه فعّال در یک ساختار دیودی میان دو الکترود قرار داده شد. بطور خاص با آلایش پلی فلورین با نسبت وزنی یک درصد با پلی فنیلن وینیلن تابش سفید حاصل گردید. بعلاوه با افزودن جفت پلیمر پلی فلورین- بنزوثیادیازول با تابش سبز به ساختار قطعه تابنده، رنگ تابش از سفید سرد به سفید آفتاب گونه تغییر یافت. همچنین نشان داده شد با افزودن پلیمرهای تابنده با شکاف باند کمتر مانند پلی فنیلن وینیلن یا جفت پلیمر پلی فلورین- بنزوثیادیازول به پلیمر میزبان مشخصه های قطعه بهبود می یابد. به بیان دقیق تر ولتاژ روشن شدن آن از حدود 10 ولت به حدود 5 ولت کاهش یافته و جریان عبوری از قطعه و شدت نور حاصل از آن در یک ولتاژ بایاس یکسان تا 10 برابر افزایش می یابد. در بخش دیگری از تحقیق انجام گرفته به ساخت لایه های شفاف پلیمری تغییر دهنده رنگ نور پرداخته شد. با بکارگیری این لایه های مبدل رنگ نور بر اساس تابنده های آلی در ترکیب با یک منبع نور معمولی (مثلاً با تابش آبی) می توان به منابع روشنایی با کیفیت تابش بالا دسترسی پیدا کرد. در ساخت لایه های مبدل رنگ نور از لومجن قرمز بعنوان مولکول فلورسانس و از پلیمر پارالوئید بعنوان مادّه میزبان استفاده گردید. در پژوهش انجام شده بهینه سازی پارامترهای لایه های ساخته شده مورد نظر بود. بخصوص چگونگی استفاده از نانو ذرات اکسید فلّز به عنوان مراکز پراکننده تابش برای افزایش حداکثری خروج نور از سطح لایه مورد تحقیق قرار گرفت. بعنوان مثال نشان داده شد با افزودن نانو ذرات تیتان با غلظت 10 میلی گرم بر میلی لیتر (در محلول) به درون لایه مبدل رنگ نور با غلظت 5/2 میلی گرم بر میلی لیتر از مولکول رنگ، تابش خارج شده از سطح تا حدود 3 برابر افزایش می یابد. علاوه بر تحقیقات تجربی صورت گرفته، سعی گردید که کارکرد دیودهای ساخته شده از جنبه تئوری نیز مورد بررسی قرار بگیرد، بعنوان نمونه با مدلسازی نشان داده شد که بهبود کارکرد دیودهای با لایه فعال ترکیبی شامل دو پلیمر تابنده نیمه رسانا را می توان با جابه جایی سطوح انرژی لایه فعال و هم خوانی بهتر آن با انرژی فرمی الکترودها مرتبط دانست. در ادامه بررسی تئوری، اثر پارامتر دما بر روی مکانیزمهای ترابرد حاملها در قطعه تابنده مورد بررسی قرار گرفت. تحقیق شد که بر حسب انواع مختلف مدلهای تزریق حاملها، جریان قطعه چگونه بر حسب دما تغییر می کند و یا وابستگی تحرک پذیری (موبیلیتی) حاملها به دما در مواد آلی مختلف چگونه می باشد. همچنین به کمک یک مدل عددی شامل هر دو مکانیزم تزریق و ترابرد حاملها در داخل بدنه مادّه آلی، به بررسی چگونگی تغییرات با دمای مشخصه جریان- ولتاژ قطعه پرداخته شد. تزریق حاملها در قطعات آلی نقش بسیار مهمی در نحوه کارکرد قطعه ایفا می کند، بخصوص در هنگامیکه سد پتانسیل میان الکترودها و ماده آلی بلند می باشد. در دیودهای آلی معمول اغلب جریان حاملها به تزریق محدود می شود و برای درک صحیح عملکرد قطعه می بایست از مدل جامعی برای توصیف آن استفاده گردد. در این پژوهش با در نظر گرفتن طبیعت جایگزیده (غیر گسترده) بودن و گسسته بودن حاملهای جریان در جامدات نیمه رسانای آلی به مطالعه تزریق حاملها پرداخته شد. ابتدا به کمک تئوری تونل زنی باردین یک رابطه برای تزریق حاملها و همچنین محاسبه فرکانس پرش حاملها بدست داده شد. این مطالعه شامل بررسی پرش مستقیم حامل به عمق لایه آلی می باشد. آنگاه با اضافه کردن اثر ترابرد حاملها در لایه های آلی به یک رابطه تحلیلی صریح برای تزریق دست یافته شد. به کمک رابطه توسعه داده شده و با در نظر گرفتن اثر افزایش دما برای یک قطعه در حال کار، چگونگی وابستگی دمایی جریان تزریق در اتصالات مختلف میان جامدات آلی و انواع فلزات مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد مدل ارائه شده در مقایسه با مدلهای پیشین توانایی پیش بینی صحیح جریان تزریق در دماهای پایین را نیز دارا می باشد.