アルミニウム錯体蒸着膜の移動度

\11111ノ F}一一一

4.3 アルミニウム錯体蒸着膜の移動度

アルミニウム錯体は一般的な有機EL素子構成材料の一つである. 特にTangらによって報告されたAlq3 は発光層材料であるが，それ自身電子輸送特性を有しているため電子輸送層としても使われる40). 細川らはTPD/Alq3積層構造の発光遅れを利用してAlq3の電子移動度を求めた42) また， KeplerらはAlq3蒸着膜の電子移動度およびホール移動度をTOF法により求めている43). 電界強度4 ^X105 V /cmにおける移動度の値はそれぞれ

1.4 ^X ^{10-6， 2}^X ^10-8cm2/Vsであると報告している . しかし， Alq3のホール移動度につい

てLinらは2つのホール輸送材料に挟まれた1rv3nmと非常に薄いAlq3薄膜の時間解析によって10-6 rv ^10-5CH12/VSという高いホール移動度を報告している89). またCampbellと SmithはAlq3単層構造素子の電流-電圧特性のシミュレーションによってLinらと同程度のホール移動度を決定している90) もしAlq3のホール移動度が電子移動度と同等であるならば， Alq3内での電子ーホール再結合は十分なキャリヤ注入の条件下では膜全体で起こることになるので興味深く，確認が必要である.

Fig.4.6にAlq3，tris(8-phenant hri仁linolate) alunlÍnum

(III)

(Alph3) 91)およびtris(4-methyl-8-quinolinolato) alurninunl

(III)

(Almq3) 92，93)の分子構造を示す. Alph3は明るい黄色発光を示す発光材料として有効である. また， Almq3を発光層として使用した有機EL素子は非常に高い発光効率を示すことが知られている. このようなAlq3およびAlq3とは異なる配位子を持つアルミニウム錯体の移動度を測定した.

4.3.1

アルミキノリノール錯体蒸着膜の移動度

Fig. 4.7 (0)にAlq3蒸着肢において，得られた電子の過渡光電流波形を示す. 電界強度は

7.3 ^X^{106 V}/cmである. 得られた波形は， Keplerらの結果と同様に分散型波形を示した43)

従って， Fig. 4.7 (b)に示すようにScher-Ì\lontroll法に従い， log ¹-log tプロットを行った.

このプロットにより明確な屈曲点が得られ，その周曲点前後の直線の交点から過渡時間を決定した. この結果からAlq3蒸着膜内では電子は広い分散を持って移動していると考えられる. 得られた電子移動度は3.4 ^X10-6 cm2/V-sであった.

Fig. 4 .8にAlq3蒸着膜において，得られたホールの過渡光電流波形を示す. Alq3におい

第4章有機EL材料のキャリヤ移動度 75

Alq3

A1ph3

Almq3

FIG. 4.6. Nlolccular山uctures of aluminum complexes under study. TOP: tris(8-quinoli

nolato) aluminum (III) (Alq3)' Middle: tris(8-phenanthridinolate) aluminum (III) (Alph3) Bottom: tris( 4-methylふquinolinolato) aluminum (III) (Almq3)

30 I 1

ε〈 20

I I 7.3x105 V/cm

l悦司

。

Time

(msec) (α)

2 3

ny nu 咽Bi F「dハU唱Ei

10-4

(scc) (b)

司、dnu 'Ei

FIG.

4.7.

Typical transient photocurrent profiles measured at

298

^Kand for an elect.ric field of 3 x 105 V jcm. Sample thickness of Alq3 was

9.6μrn.

Data are plotted in both (α) double-linear and (b) double-logarithmic representations

第 4章有機EL材料のキャリヤ移動度

tロヨE

..0 討

.胸、a

。 0.1

Time

(sec)

5xl05 V/ClTI

0.2

FIG.

4.8. Typical transient photocurrcnt profiles measured at

^{298 K}

and for an clectric field

of

⁵x 105 V

/

^C111.

Salnple thickness of Alq3

was

9.6μm

ては典担的な非分散型の波形を示した. しかしKeplerらはAlq3のホールに対する過渡光電流は分散型を示すと報告している43). このようにKeplerらの結果と一致しない埋由としては成膜条件の違いが影響しているのではないかと考えている. 本実験において蒸着レートは 5rv10 nm/sと速いのに対し， Keplerらは0.5 nm/sであり，この成膜条件がAlq3の膜構造を変化させたためであると推測される. 速い蒸着レートで成膜することは実質的に高真空下で成膜することと同様の効果が期待できる. これにより蒸着過程における不純物の混入が小さくなること，または蒸着中はAlq3が非常に速く供給されるため基板上でのAlq3のマイグレーションが制限され，アモルファス膜を作りやすいためであると考えられる. l\laginと Borsenbergcrは結晶化しやすいペリレン誘導体のTOF測定において，冷却基板上に成膜することでアモルファス膜を得，非分散型の波形を得ることに成功している94) Alq3のホー

ル移動度は5 X 105 ^V/nlの電界強度において， ³X 10-8 crn2/V.sであった.

Alq3におけるホールの過渡光電流波形は非分散型を示し，電子の過渡光電流波形は分散型を示すことから， Alq3膜では分子問距離のばらつきは小さく，電子に対するトラップが存在するのではないかと考えられる95).

Fig. 4.9にAlq3蒸着膜での電子およびホール移動度の電界強度依存性を示す. 図より電子，

ホールの移動度とも電界強度の上昇と共に増加しており，電界強度Eの1/2乗と電子移動度の対数log μはよい線形関係を示す.

有機非品固体中のキャリヤ移動は有機分子をホッピングサイトとしたホッピング伝導であるといわれている. キャリヤ移動度の電界依存性には様々な議論があるが，多くの化合物において広く受け入れられているものにPool-Frenke 1機構がある. これはホッピングサイトのエネルギー障壁を電界が低下させるとして説明される96) 以上のことから，このときのキャリヤ移動度は

( E0- ß E& \

μ(E， T)

^=附xp

l - -U ki - ) ⁽⁴ .

⁸

₎

で表される. ここでE。はホッピングサイトの活性化エネルギーであり， kはボルツマン定数である. ßはエネルギー分布の分散とホッピングサイト間距離の分散により決定される定数である.

このPool Frenkel機構が適用できるならば log ^μ_El/2プロットにおいて線形関係が認められることとなる.

第4章有機EL材料のキャリヤ移動度

79

•

。。0 0 0 O B

•

• ロ: Kepler ef al.

0: experiment

•

ロドc

•

A『nu --aA

バU

っ，

ハu

nu 'Ei

唱'i (∞〉\NEQ)ユkpz五cg一口OH]υo日

nxu ハU'Ei F「dAU 'Ei ハunu nv 唱EEム

400 600 800 E1/2 (V/cm)1/2 nu --EA QJ ハU 200

Logarithmic electron and hole mobilitics of Alq3 (circIes) compared with that of 4.9.

G F

Alq3 (sq uares )叫)rcsent the results repo巾d by Kepler et al.7 versus square root of clcctric

field.

Alq3蒸着膜における電子およびホール移動度の電界依存性はlogμ_ E1/2プロットが線形関係を持つことから， Po ol-Frenkel機構に基づく可能性が考えられるが，移動j交の温度依存性の測定などさらなる検討が必要である. さらに，得られた移動度の電界強度依存性を Keplerらのグルーフによって求められた移動度の電界強度依存性43)と共にプロットすると，

ほぼ同じ直線上にプロットできることからAlq3蒸着膜のキャリヤ移動度は膜厚，作製方法には依存しないことを示す.

4.3.2

アルミニウム錯体蒸着膜のホール移動度

Alq3のホール移動度に関しては，4.3.1で示したのでここでは説明を省略する- Fig.4.10に Alq3， Alph3およびAlmq3のホールに対する過渡光電流波形を示す- Alq3' Alph3， Almq3 の膜厚はそれぞれ 9.6， 11.6， 12.8μmであった.

Al ph3 ' Almq3では分散型の波形を示し，リニアプロットでは過渡時間は決定できなかった. Fig.4.11にこれらの過渡光電流の雨対数プロットを示す. Alph�， Ahnq3の過渡光電流波形において明確な屈曲点が得られ，その胤出点前後の直線の交点から過渡時間を決定し

た- Alph3のホール移動度は3 ^X105 Y /mの電界強度において， 3 ^X10-9 cm2/Y'8であり，

Almq3のホール移動度は5 X 105 Y /mの電界強度において， 9 X 10-10 cln2/Y-8であった.

過渡時間前後の近似直線からEq. (4.5)における分散パラメータが求まる. しかしその屈曲点前後の分散パラメータはAlph3において， α7・二0.6，αf二0.1 であり，Almq3において，

αi = 0.5，αf二0.3 であった. またすべての電界強度において屈曲点前後のαυの値は異なった. 分散パラメータαi，fは

内iJ

- 竿 ( ln J2; 7E r 2 ( 1土 j hL斗 ^(4.9)

で表される8R) ここで式中の(+)はαi， (-)はαfを示す. また，μcはキャリヤ移動度，ァはトラップでの寿命を示す. Lebedevらは p oly(p-phenylenevinylene)(PPY)においてμァとして10ー11 cm2/y，およびσとして0.1 ^rv0.2 eVを得ている88) 例としてFig.4.12にAlmq3 におけるαzの電界依存性とEq. (4.9 )において，μT = 3.5 X 10-9 cm2/Y，およびσ= 0.32 eY を仮定したときの計算結果を破線で示す. 未知数が多いため一概には言えないが，計算結果は実験結果をよく表し，Almq3におけるHOMO準位が比較的大きな状態密度分布を持つ可

第4章有機EL材料のキャリヤ移動度

。

: 111

4司

²

.蜘暗

。

0.1

5

ドキュメント内二層型有機エレクトロルミネッセンス素子における動作機構の研究 (ページ 35-42)

\11111ノ F}一 一一

4.3 アルミニウム錯体蒸着膜の移動度

(III)

(III)

アルミキノリノール錯体蒸着膜の移動度

30 I 1

ε〈 20

I I 7.3x105 V/cm

Time

(msec) (α)

2 3

10-4

(scc) (b)

4.7.

298

9.6μrn.

Time

(sec)

4.8. Typical transient photocurrcnt profiles measured at

and for an clectric field

of

/

Salnple thickness of Alq3

9.6μm

( E0- ß E& \

μ(E， T)

l - -U ki - ) (4 .

)

79

Logarithmic electron and hole mobilitics of Alq3 (circIes) compared with that of 4.9.

field.

アルミニウム錯体蒸着膜のホール移動度

- 竿 ( ln J2; 7E r 2 ( 1土 j hL斗 (4.9)

: 111

2

0.1

5

5

\11111ノ F}一一一

l - -U ki - ) ⁽⁴ .

₎

- 竿 ( ln J2; 7E r 2 ( 1土 j hL斗 ^(4.9)

²