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Modellierung der Ladungsträgerinjektion und des Raumladungsaufbaus in organischen Dioden

Ottinger, Oliver M. :
Modellierung der Ladungsträgerinjektion und des Raumladungsaufbaus in organischen Dioden.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Modellierung der Ladungsträgerinjektion und des Raumladungsaufbaus in organischen Dioden
Language: German
Abstract:

Organische lichtemittierende Dioden (OLEDs) spielen sowohl in Displays als auch für Beleuchtungsanwendungen eine zunehmend wichtige Rolle. Ziel dieser Arbeit ist es, ein verbessertes Verständnis der Ladungsträgerinjektion und des Raumladungsaufbaus in OLEDs zu erlangen. Es wird im Rahmen des Drift-Diffusionsmodells eine selbstkonsistente Modellierung der gesamten Diode inklusive der Elektroden durchgeführt. Die Injektion ist dabei durch eine effektive Injektionsbarrierenhöhe bestimmt, die vom elektrischen Feld an den Grenzflächen zwischen Elektroden und organischem Halbleiter abhängig ist. Dieser Ansatz ermöglicht die kontinuierliche Beschreibung des Bauteilverhaltens über den gesamten Spannungsbereich unter Berücksichtigung der Kontakte und möglicher Raumladungseffekte.

Neben statischen Berechnungen der Strom-Spannungskennlinien werden auch frequenzabhängige Impedanzsimulationen für Dioden mit intrinsischen und dotierten Halbleitern durchgeführt. Für dotierte Dioden wird bei unzureichender Injektion eine Verarmung des Halbleiters beobachtet. Diese wird durch die Schottky-Barrierenerniedrigung reduziert, die in Abhängigkeit des Zustandes der Diode berücksichtigt wird. Insbesondere bei hohen Barrieren und hohen Feldern an den Kontakten treten neben der thermischen Injektion auch substanzielle Injektionsströme über direktes Durchtunneln der Barriere auf. Der Tunneleffekt wird dabei über den Miller-Abrahams Ansatz modelliert. Zu beachten ist, dass die Vorteile der selbstkonsistenten Modellierung auch nach der Integration der Tunnelinjektion und des Schottky-Effekts erhalten bleiben. Mit dem um die Tunnelinjektion erweiterten Modell wird eine Parameteranpassung an j-U-Kennlinien von ITO/a-NPD/Ag-Dioden für verschiedene Schichtdicken durchgeführt. Außerdem wird das entwickelte Modell auch auf Kelvinsondenmessungen angewendet. Dabei kann gezeigt werden, dass die übliche Interpretation der Oberflächenpotentiale als Verlauf des Potentials im Volumen einer dicken Schicht falsch ist. Der Fehler wird abgeschätzt, eine verbesserte Interpretation vorgeschlagen und an einem Satz gemessener Daten demonstriert.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Organic light emitting diodes (OLEDs) are gaining importance for display and lighting applications. This work wants to contribute to a better understanding of the processes of charge carrier injection and the built up of space charge in OLEDs. Based on the drift-diffusion model the whole diode including the electrodes is considered in a self-consistent way. The charge injection is described by an effective barrier height depending on the electric field at the electrode/semiconductor interface. This approach allows for a continuous description of the diode characteristics for all voltages. Static current-voltage-characteristics as well as frequency dependent impedance simulations are done for intrinsic and doped semiconductors. For doped diodes with insufficient injection a depletion of the semiconductor is observed. This is reduced by the Schottky-barrier lowering which depends on the condition of the diode. Particularly for high barriers and high electric fields at the interfaces a substantial injection by direct tunneling through the injection barrier occurs in addition to the thermionic injection. The tunnel process is described by Miller-Abrahams-hopping. Attention should be paid to the fact that the self-consistency is preserved after consideration of the Schottky-effect and the tunnel injection. With this model a parameter fitting for the j-V-characteristics of ITO/a-NPD/Ag-diodes with different thicknesses is done. Furthermore the model is also applied to Kelvin probe measurements. It is shown that the common interpretation of the surface potentials as the potential profile within a thick film is wrong. The error is estimated and an improved interpretation is proposed. This is shown for a set of experimental values.English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: 131 S.
Uncontrolled Keywords: OLED, Ladungsträgerinjektion, Schottky-Effekt, Tunneln, Kelvinsondenmethode, Dirft-Diffusions-Modell
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
OLED, charge carrier injection, Schottky effect, Tunneling, Kelvin probe measurement, Drift-Diffusion modelEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Electronic Materials
Date Deposited: 20 Dec 2012 10:32
Last Modified: 20 Dec 2012 10:32
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-31584
Referees: von Seggern, Prof. Dr. Heinz and Jaegermann, Prof. Dr. Wolfram
Refereed: 30 October 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3158
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