Высокочистые люминесцентные гомо- и гетеролигандные координационные соединения Li, Al, Yb, Nd для технологии органических светодиодов видимого и инфракрасного диапазонов спектра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Барканов Артем Денисович

• Барканов Артем Денисович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Барканов Артем Денисович

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Органические светоизлучающие диоды

1.2 Методы формирования ОСИД

1.3 Разновидности органических светоизлучающих диодов

1.4 Материалы для производства ОСИД

1.5 Органические люминофоры

1.6 Классификация органических люминофоров

1.7 Органические светодиоды, излучающие в инфракрасном диапазоне

1.8 Проблема чистоты органических полупроводниковых материалов

1.9 Вывод из обзора литературы

2. Цели и задачи работы

3. Материалы и методы исследования

3.1 Используемые реактивы и материалы

3.2 Методика очистки 8-оксихинолина

3.3 Методика изготовления ОСИД структур

3.4 Исследование светотехнических характеристик ОСИД

3.5 Исследование спектральных характеристик люминофоров

4. Синтез и исследование люминесцентных материалов видимого диапазона спектра

4.1 Синтез трис(8-оксихинолята) алюминия

4.2 Синтез 8-оксихинолята лития

4.3 Исследование характеристик порошковых препаратов металлокомплексов на основе алюминия и лития

4.4 Выводы по разделу

5. Синтез и исследование люминесцентных материалов инфракрасного диапазона спектра

5.1 Синтез лиганда для получения металлокомплексов на основе иттербия и неодима

5.2 Синтез металлокомплексов на основе иттербия и неодима

5.3 Рентгеноструктурный анализ металлокомплексов на основе иттербия68

5.4 Фотофизические свойства металлокомплексов на основе иттербия и неодима

5.5 Выводы по разделу

6. Разработка и аттестация методики измерения массовой доли примесных элементов в люминесцентных материалах видимого диапазона

6.1 Планирование разработки метода

6.2 Разработка измерительной аналитической процедуры

6.3 Установление нижней границы определяемых содержаний метода

6.4 Аттестация методики измерений

7. Вакуумная сублимационная очистка люминесцентных материалов видимого и инфракрасного диапазонов спектра

7.1 Подготовка оснастки для процесса вакуумной сублимационной очистки полупроводниковых материалов

7.2 Разработка и сборка вакуумных сублимационных установок

7.3 Процесс вакуумной сублимационной очистки

7.4 Сублимационная очистка люминесцентных материалов видимого диапазона спектра

7.5 Сублимационная очистка люминесцентных материалов инфракрасного диапазона спектра

7.6 Сублимационная очистка отечественных функциональных материалов для ОСИД технологии

7.7 Выводы по разделу

8. ОСИД видимого и инфракрасного диапазонов спектра

8.1 Органические светодиоды видимого диапазона спектра

8.2 Органические светодиоды инфракрасного диапазона спектра

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А. Методика измерений массовой доли примесных элементов в металлорганических полупроводниковых соединениях методом масс-

спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой

Приложение Б. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокочистые люминесцентные гомо- и гетеролигандные координационные соединения Li, Al, Yb, Nd для технологии органических светодиодов видимого и инфракрасного диапазонов спектра»

Актуальность работы

Исследование органических светоизлучающих диодов (ОСИД) и поиск наиболее эффективных материалов для производства органических светодиодов не прекращаются с момента выпуска первого ОСИД дисплея для автомобильной стереосистемы, который компания Pioneer выпустила на рынок в 1997 году. Далее последовал выпуск цифровой камеры Kodak в 2003 году, оснащенной полноцветным ОСИД дисплеем. Первый телевизор с дисплеем на органических светодиодах производства Sony вышел на рынок в 2008 году. Сегодня Samsung применяет дисплеи на основе органических светодиодов во всех своих смартфонах, а LG производит большие ОСИД панели для телевизоров премиум-класса. Помимо этих компаний технология органических светоизлучающих диодов нашла применение в продукции Huawei, Apple, Xiaomi, Google, Motorola, ASUS, Sony, Lenovo, Panasonic, Philips. Ожидается, что к 2026 году рынок ОСИД дисплеев вырастет до 57 миллиардов долларов США [1].

Актуальность исследований технологии ОСИД подтверждается ростом количества публикаций в данной области (рис. 1 ). При этом отлично прослеживается рост количества опубликованных патентов, годовое число публикаций которых удвоилось в период с 2010 по 2020 год. Это говорит о превосходной возможности коммерциализации решений, направленных не только на улучшение способов изготовления органических светоизлучающих диодов, но также и на способы получения тех или иных материалов для ОСИД технологии или методов и устройств для их глубокой очистки.

Ожидается, что рынок материалов для изготовления органических светодиодов к 2026 году преодолеет отметку в 2 миллиарда долларов США [2-3]. Стоит отметить, что изготовление передовых и наиболее эффективных устройств на органических светодиодах требует не только структурно новых материалов, излучающих в необходимой области с заданными характеристиками, но и отвечающих жестким требованиям по интегральной химической чистоте. В настоящее время предполагается, что эти требования находятся на уровне

не хуже 99,995 мас. %.

Рис. 1 - Количество патентов и публикаций по поиску «ОСИД», «органические светоизлучающие диоды» на английском языке в базах данных патентов и Web of Science,

Scopus

Использование веществ, находящихся ниже данного уровня примесной чистоты, влечет за собой не только снижение яркостных характеристик устройства, но и приводит к нестабильности изделия во время эксплуатации, искажая цветопередачу и приводя к преждевременному выходу из строя, что объясняется быстрой деградацией неочищенных материалов при работе ОСИД. При этом ведущие мировые производители не разглашают информацию о технологиях очистки и конечных параметрах химической чистоты материалов для ОСИД. Таким образом, исследования в области получения и глубокой очистки новых и перспективных материалов являются актуальными для развития отечественной технологии ОСИД устройств.

Помимо использования органических светодиодов, излучающих в видимом диапазоне спектра, активно развиваются технологии ОСИД устройств в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. Подобные изделия находят применение в области медицины, где излучение в ИК области используется для фитотерапии, исследования лекарств, улучшения кровообращения, мониторинга медицинских показателей [4]. Присущие ОСИД гибкость и возможность изготовления устройств

на различных подложках и в нестандартных геометрических конфигурациях являются основными преимуществами в области биосовместимых устройств, особенно с учетом хорошей проникающей способности ближнего ИК излучения в ткани кожи человека. Известно также применение инфракрасных органических светодиодов в области военной техники для оснащения приборов ночного видения, передачи данных в ИК диапазоне, маркировки стратегических объектов. Столь широкое применение ИК-ОСИД подтверждает актуальность исследований в данной области.

Цель диссертационной работы: разработать новые методы синтеза и определить требования по химической чистоте для координационных соединений металлов с органическими лигандами для их успешного применения в качестве эмиссионных материалов в органических светоизлучающих диодных структурах, работающих в видимом и ИК диапазонах спектра.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка одностадийного синтеза высокочистого 8-оксихинолята лития из коммерчески доступных веществ.

2. Синтез лиганда 3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолона и разработка способов получения на его основе металлоорганических комплексов иттербия и неодима, исследование спектрально-люминесцентных характеристик синтезированных люминофоров.

3. Разработка и аттестация методики измерений массовой доли примесных элементов в порошковых металлорганических полупроводниковых соединениях.

4. Разработка конструкции вакуумной сублимационной установки для глубокой очистки органических и металлорганических порошковых препаратов, используемых в качестве функциональных слоев ОСИД структур.

5. Установление режимов процессов сублимационной очистки функциональных материалов, используемых в качестве функциональных слоев отечественных ОСИД.

6. Изготовление тонкопленочных многослойных органических светоизлучающих диодов с эмиссионным материалов на основе синтезированных металлорганических комплексов, обладающих электролюминесценцией в ближней ИК области, исследование характеристик полученных ОСИД структур.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе:

1. Показана возможность одностадийного синтеза высокочистого 8-оксихинолята лития (99,998 мас. %) из кристаллического гидроксида лития и 8-оксихинолина путем проведения обменной гетерофазной химической реакции при температуре 150±2 °С.

2. Синтезированы, очищены и исследованы спектрально-люминесцентные характеристики новых порошковых координационных соединений металлов с органическими лигандами трис-(3-метил-1 -фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (1,10-фенантролин) иттербия, трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (батофенатролин) иттербия, трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (2,2Л-дипиридил) иттербия и трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (1,10-фенантролин) неодима, люминесцирующие в ближней ИК области.

3. Изготовлены тонкопленочные многослойные ИК-ОСИД структуры с новыми эмиссионными материалами на основе координационных соединений трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (1,10-фенантролин) иттербия (99,995 мас. %), трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (батофенатролин) иттербия (99,997 мас. %), трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (2,2Л-дипиридил) иттербия (99,996 мас. %) и трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (1,10-фенантролин) неодима (99,995 мас. %) и изучены их электролюминесцентные характеристики.

4. Достигнута максимальная мощность излучения 2,17 мкВт/см2 для ИК-ОСИД с эмиссионным слоем на основе трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (батофенатролин) иттербия при 978 нм в максимуме спектра электролюминесценции, что в 1,5-15,5 раз превосходит иностранные аналоги ОСИД на основе координационных соединений с иттербием.

Теоретическая и практическая значимость работы: 1. Определены структурные характеристики высокочистых координационных соединений трис-(3 -метил- 1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (1,10-фенантролин) иттербия, трис-(3-метил-1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон)

(батофенатролин) иттербия, трис-(3-метил- 1-фенил-4-трифторацетил-5-пиразолон) (2,2л-дипиридил) иттербия.

2. Разработан метод и аттестована методика измерений массовой доли примесных элементов в порошковых металлорганических полупроводниковых соединениях методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.

3. Разработана конструкция установки для сублимационной очистки органических и металлорганических порошковых препаратов, используемых в качестве функциональных слоев ОСИД структур для отечественной технологии микродисплеев, включая запатентованные конструкции оснасток из высокочистого алюминия и полированной нержавеющей стали с защитным покрытием из нитрида титана.

4. Установлены режимы процесса сублимационной очистки двенадцати функциональных материалов, используемых в качестве функциональных слоев ОСИД структур. Метод вакуумной сублимационной очистки вместе с аттестованной методикой измерений массовой доли примесных элементов включены в технологический регламент производства ОСИД микродисплеев в АО «ЦНИИ «Циклон» и позволили определить требования по химической чистоте применяемых в ОСИД технологии материалов.

Методология и методы исследования

Результаты, включенные в диссертационную работу, получены на основании исследований, проведенных с помощью взаимодополняющих современных инструментальных методов исследования: люминесцентная и оптическая спектроскопия, фотометрия, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, рентгеноструктурный анализ, а также применением при обработке и интерпретации полученных данных подходов, принятых в современной мировой научной практике.

Положения, выносимые на защиту

1. Одностадийная схема синтеза 8-оксихинолята лития с химической чистотой не хуже 99,998 мас. % позволяет изготавливать на основе данного препарата эффективные ОСИД структуры синего цвета излучения.

2. Разработаны и верифицированы схемы синтеза и глубокой очистки до 99,997 мас. % ряда металлоорганических ИК люминофоров на основе иттербия и

неодима, что открывает возможность их применения в ОСИД технологии.

3. Разработанные конструкции установок сублимационной очистки органических и металлорганических порошковых препаратов позволяют очищать до 20 грамм материала за один цикл с достижением химической чистоты 99,99599,998 мас. % для различных продуктов.

4. Установлено, что разработанные системы сублимационной очистки в сочетании с аттестованной методикой измерений массовой доли примесных элементов позволяют организовать промышленный процесс выпуска порошковых металлорганических полупроводниковых соединений с химической чистотой не менее 99,995 мас. %, пригодных для ОСИД технологии.

Степень достоверности и обоснованность результатов, выносимых положений и выводов обеспечивается использованием современных средств и методов проведения исследований; согласованностью полученных выводов с теоретическими и экспериментальными данными, опубликованными другими авторами в рецензируемых научных журналах; публикацией полученных в ходе работы результатов в международных рецензируемых журналах баз данных Web of Science, Scopus. Оригинальность и научная новизна результатов работы также подтверждается положительной экспертной оценкой при государственной регистрации двух полезных моделей на конструкции оснасток для процесса сублимационной очистки (патенты №219 766, №226 532).

Реализация результатов работы

Актуальность исследований, посвященных физико-химическим аспектам технологии люминесцентных материалов для органических светоизлучающих диодов видимого и инфракрасного диапазонов спектра, составляющих основную часть диссертационной работы, подтверждается тем, что результаты исследований были включены в отчетные материалы по научно-исследовательским работам (НИР):

- «Фундаментальные закономерности управления наноразмерной структурой монокристаллических, аморфных и тонкопленочных люминесцентных структур на основе органических металлокомплексов и гибридных органо-неорганических

материалов», грант Российского научного фонда (РНФ) № 19-79-10003 (20192022 гг.);

- «Создание фундаментальных основ технологий структур с различной степенью упорядочения на основе неорганических и органических соединений для устройств фотоники и электроники», проект в рамках выполнения Государственного задания шифр FSSM-2020-0005 (2020-2023 гг.);

- «Разработка высокочистых нестехиометрических соединений, используемых при формировании тонкопленочных люминесцентных структур для носителей сверхбыстрой записи информации», внутренний инициативный грант РХТУ им. Д.И. Менделеева №ВИГ-2022-081 (2022-2023 гг.);

- «Разработка методов получения высокочистых веществ для технологии органических светоизлучающих диодов (ОСИД) и исследование характеристик полученных ОСИД структур», проект по созданию молодежной научной лаборатории в рамках выполнения Государственного задания шифр FFZZ-2022-0012 (2022-2024 гг.);

- «Разработка полупродуктов для синтеза органических полупроводниковых материалов и методик контроля их химической чистоты», составная часть научно-исследовательской работы шифр «Органика-М-А» в рамках выполнения Государственного оборонного заказа (2023-2024 гг.).

Личный вклад автора

В диссертации изложены результаты работ, выполненных автором в течение последних пяти лет. Автор принимал личное участие в постановке задач для выполнения исследований, проводил экспериментальную работу, обрабатывал полученные результаты и формулировал основные выводы с дальнейшей подготовкой публикаций по результатам выполненных работ. Часть экспериментов по синтезу и исследованию характеристик металлорганических комплексов на основе иттербия и неодима, а также исследование примесного состава препаратов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой выполнены в соавторстве.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы докладывались на 5 -й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых «Наука молодых - будущее России» (10-11 декабря 2020 года), 9-й Международной молодежной научной конференции «Поколение будущего: Взгляд молодых ученых- 2020» (12-13 ноября 2020 года), Всероссийской научной конференции перспективных разработок «Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых» (1 декабря 2020 года), 7-й Международной молодежной научной конференции (18 - 19 сентября 2020 года) «Юность и Знания - Гарантия Успеха - 2020», 5-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА: ШАГ К УСПЕХУ» (22-23 марта 2021 года), 9-й Международной молодежной научной конференции «Будущее науки - 2021» (21-22 апреля 2021 года), 2-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых «Школа молодых новаторов» (18 июня 2021 года), 8-й Международной молодежной научной конференции «Юность и Знания - Гарантия Успеха-2021» (16-17 сентября 2021), 17th International conference on Advanced Nanomaterials and 3rd International conference on Organic Light Emitting Diodes (ОСИД) (22-24 July 2021, University of Aveiro, Portugal), 2nd International Conference on Engineering Manufacture (9-10 May 2024, FEUP, Porto - Portugal), 2-й Всероссийской молодежной научной конференции (30 мая 2024 года).

Публикации по теме диссертации

По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 5 работ в изданиях, индексируемых Web of Science Core Collection и Scopus (Уровни 1 -2 Белого списка). Получено 2 патента РФ на оригинальные конструкции оснастки для вакуумной сублимации, разработанные в ходе выполнения работы. Издано 2 учебных пособия по технологии вакуумных производств.

Соответствие содержания диссертации паспорту специальности

Диссертационная работа полностью соответствует паспорту специальности 2.2.3. - Технология и оборудование для производства материалов и приборов

электронной техники с учетом результатов работы по направлениям исследований специальности:

- разработан процесс синтеза и глубокой очистки трис(8-оксихинолята) алюминия и 8-оксихинолята лития с химической чистотой до 99,998 мас. % по 65 примесным элементам (п.1 и п.2 направлений исследований);

- разработаны конструкции и изготовлены экспериментальные образцы оснасток из алюминия и полированной нержавеющей стали с покрытием нитридом титана в качестве альтернативы кварцевому стеклу для применения в процессах вакуумной сублимационной очистки. Разработанная оснастка успешно применяется для наработки трис(8-оксихинолята) алюминия с примесной чистотой не менее 99,995 мас. % и выходом до 85% (п.3 направлений исследований);

- разработаны, изготовлены и применяются в лабораторных условиях четыре установки вакуумной сублимационной очистки с безмасляными системами откачки, позволяющие производить очистку люминесцентных материалов для ОСИД технологии до химической чистоты 99,998 мас. % при использовании оснастки из кварцевого стекла (п.3 и п.4 направлений исследований).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации - 149 страниц, включая 94 рисунка, 16 таблиц, 55 литературных источников и 2 приложения.

Благодарности

Благодарность за помощь в выполнении исследований и плодотворное обсуждение результатов автор выражает первоклассным специалистам кафедры химии и технологии кристаллов: к.х.н. Хомякову А.В., к.х.н. Можевитиной Е.Н., к.х.н. Зыковой М.П., д.х.н. Петровой О.Б., к.х.н. Степановой И.В., к.х.н. Руниной К.И. и к.х.н. Гришечкину М.Б. Автор также благодарит студентов и аспирантов кафедры химии и технологии кристаллов, проявивших интерес к данной работе и оказавших содействие в ее выполнении. Автор выражает благодарность д.х.н. Тайдакову И.В. и его коллегам за помощь в синтезе и измерении фотофизических

характеристик инфракрасных люминофоров. Глубокую благодарность автор выражает идейному вдохновителю и наставнику - заведующему кафедрой химии и технологии кристаллов, профессору, д.х.н. Аветисову Игорю Христофоровичу за помощь и поддержку на каждом этапе данной работы и веру в ее успех. За верность делу и помощь в решении многих вопросов выражается благодарность ответственному исполнителю СЧ НИР «Органика-М-А» Соломатиной В.А.

Особая благодарность автора выражается научному руководителю, к.х.н., доценту Аветисову Роману Игоревичу за поддержку и помощь в реализации данной работы, что привело к становлению автора как полноценного исследователя и позволило завершить данную диссертационную работу.

1. Обзор литературы

Пионерами технологии органических светоизлучающих диодов (ОСИД) принято считать Стивена Ван Слайка и Чинг Ван Тана, однако впервые явление электролюминесценции было описано Андре Бернаноз и его коллегами из Университета Нанси во Франции в 1953 году, которые применили высокое переменное напряжение на воздухе к красителю акридиновому оранжевому, нанесенному или растворенному в тонких пленках целлюлозы или целлофана [4]. Тем не менее именно карьера Стивена Ван Слайка определила успех ОСИД технологии, ведь благодаря ему компания Pioneer выпустила на рынок в 1997 году первый дисплей на органических светодиодах для автомобильной стереосистемы. Затем уже в 2003 году цифровая камера Kodak EasyShare LS633 стала первым представителем бытовой электроники, оснащенным полноцветным ОСИД дисплеем. Затем первый телевизор с дисплеем на органических светодиодах производства Sony вышел на рынок в 2008 году. Сегодня Samsung использует ОСИД дисплеи во всех своих смартфонах, а LG производит большие панели на органических светодиодах для телевизоров премиум-класса. Помимо этих компаний технология органических светоизлучающих диодов нашла применение в продукции Apple, Google, Facebook, Motorola, Sony, HP, Panasonic, Konica, Lenovo, Huawei, BOE, Philips и Osram. Ожидается, что к 2026 году рынок ОСИД дисплеев вырастет до 57 миллиардов долларов [1].

1.1 Органические светоизлучающие диоды

Органические светоизлучающие диоды (ОСИД или на английском языке Organic Light-Emitting Diode - OLED) представляют собой устройства из тонких слоев полупроводниковых материалов, которые преобразуют электрическую энергию в световую - электролюминесцируют.

Условная схема ОСИД структуры приведена на рис. 1.1. Устройство состоит из нескольких последовательно нанесенных слоев. Каждый слой выполняет определенную функцию:

- прозрачная подложка (обычно стеклянная в случае несгибаемых ОСИД) является

несущим звеном всей структуры и выходным окном для светового излучения;

- прозрачный слой анода служит электродом с высокой работой выхода электрона (например, 1ТО - оксид индия-олова);

- наноразмерные (от единицы до нескольких десятков нанометров) слои функциональных материалов, включая слой эмиссионного материала;

- непрозрачный слой металлического катода с низкой работой выхода электрона завершает структуру.

+

Непрозрачный катод

Электронно-транспортный слой

Эмиссионный слой

Дырочно-транспортный слой

Прозрачный анод на стеклянной подложке

Рис. 1.1 - Условная схема ОСИД-устройства

Указанные в структуре органические слои могут иметь толщину от одного до нескольких десятков нанометров, которая обычно подбирается экспериментально или путем компьютерного моделирования для получения желаемых результатов. Электроды часто имеют толщину от 50 до 150 нм [5].

При подаче напряжения на электроды, анод «оттягивает» электроны из дырочно-транспортного слоя с формированием дырок, а катод инжектирует электроны в электронно-транспортный слой. Таким образом, электроны и дырки движутся навстречу друг другу через функциональные слои ОСИД и рекомбинируют в эмиссионном (излучающем) слое. В процессе рекомбинации энергия высвобождается в виде фотонов (света). Спектральный диапазон излучения ОСИД при этом зависит от химической структуры органического или элементорганического материала эмиссионного слоя.

Технология органических светоизлучающих диодов не остановилась на применении трех функциональных слоев, были созданы более сложные многослойные «сэндвичи», которые превосходят по характеристикам меньшие по количеству слоев структуры (рис.|1.2).

Рис. 1.2 - Многослойная ОСИД структура

Дополнительные слои в данном случае определены следующими функциональными свойствами:

• электронные и дырочные инжекционные слои необходимы для увеличения инжекции заряда в следующие за ними транспортные слои. В российской и зарубежной литературе зачастую обозначаются как электронно-инжекционные и дырочно-инжекционные слои или electron injection layer (EIL) и hole injection layer (HIL) соответственно;

• высокая подвижность электронов и дырок в электронных транспортных и дырочных транспортных слоях соответственно обеспечивает эффективный транспорт носителей заряда от одного органического слоя к другому. Данные слои в литературе обозначаются как электронно-транспортные и дырочно-транспортные слои или electron transport layer (ETL) и hole transport layer (HTL) соответственно;

• электронные или дырочные блокирующие слои иногда необходимы для создания барьера, препятствующего выходу частиц из зоны рекомбинации.

Обозначаются как электронно-блокирующие и дырочно-блокирующие слои или electron blocking layer (EBL) и hole blocking layer (HBL).

Добавление в структуру дополнительных слоев значительно повышает ее эффективность, но при этом наличие большого количества слоев повышает и электрическое сопротивление всего устройства, что приводит к увеличению температуры рабочих слоев, а также возрастанию рабочего напряжения и потребляемой мощности [6-9].

Помимо различного количества функциональных слоев, технология ОСИД также предлагает и разную архитектуру устройств. Данная особенность позволяет разделить все устройства на несколько типов, предполагающих различия как в топологии структур, так и в методах их формирования.

1.2 Методы формирования ОСИД

Формирование тонкопленочных ОСИД структур возможно различными методами, отличными по способу нанесения слоев. Подобные различия связаны с химической природой веществ: в технологии органических светодиодов применяют органические, металлорганические (или элементорганические) и неорганические полупроводниковые материалы. Низкомолекулярные органические вещества, обладающие относительно высоким давлением насыщенного пара, хорошо кристаллизуются из растворов, в отличие от полимеров. Для них, напротив, характерны крайне низкие давления насыщенного пара. Но для обеспечения стабильной морфологии органических слоев в ОСИД структуре они должны быть аморфны, что затрудняет нанесение низкомолекулярных материалов из растворов, поэтому они наносятся из паровой фазы. Полимерные же материалы удобно наносить именно из раствора [10, 11].

Метод вакуумного термического испарения (Vacuum Thermal Evaporation -VTE) основан на осаждении напыляемого материала из молекулярного потока на подложку в глубоком вакууме (при давлении ниже 10-5 мм рт.ст.) [12]. При этом материалы, используемые в данном методе, должны отвечать определенным требованиям: иметь достаточную термическую и морфологическую стабильность; обладать невысокой молекулярной массой; должны возгоняться в вакууме без

разложения, обладая при этом исключительной примесной чистотой, чему посвящен отдельный подраздел.

Недостатки метода часто связывают с большим расходом материала, когда испаритель размещен далеко от поверхности подложки, из-за чего большая часть материала может пролетать мимо нее. Однако данный недостаток практически отсутствует в современных напылительных системах вследствие грамотной компоновки конструкционных элементов. Также стоит отметить относительно невысокую производительность метода из-за необходимости откачки большого объема камеры до глубокого вакуума и многостадийность всего процесса напыления, плюс сложность нанесения однородных по толщине слоев на больших поверхностях [13]. Сюда же можно отнести электронно-лучевое напыление (для материалов с высокой температурой испарения) и атомно-слоевое осаждение, которое обычно применяется для герметизации изготовленных ОСИД структур.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Барканов Артем Денисович, 2025 год

Список литературы

1. National Inventors Hall of Fame. Steven Van Slyke: сайт. - URL: https://www.invent.org/inductees/steven-van-slyke (дата обращения: 10.01.2024).

2. Hong G. et al. A brief history of OLEDs - emitter development and industry milestones //Advanced Materials. - 2021. - V. 33. - №. 9. - p. 2005630.

3. Kyle Jang, Bob O'Brien. Advanced Displays, Materials Market Trends, and Unsettled Challenges//Information Display. - 2023. - V. 39. - №. 6. - pp. 31-34.

4. Zampetti A., Minotto A., Cacialli F. Near-infrared (NIR) organic light-emitting diodes (OLEDs): challenges and opportunities //Advanced Functional Materials. - 2019.

- Т. 29. - №. 21. - С. 1807623.

5. Chen, H.W., Lee, J.H., Lin, B.Y., Chen, S. and Wu, S.T. Liquid crystal display and organic light-emitting diode display: present status and future perspectives // Light: Science & Applications. - 2018. - V.7(3). - p.17168.

6. Geffroy, B., Le Roy, P. and Prat, C. Organic light-emitting diode (OLED) technology: materials, devices and display technologies // Polymer international. - 2006.

- V.55(6). - pp.572-582.

7. Kalyani, N.T. and Dhoble, S.J., 2012. Organic light emitting diodes: Energy saving lighting technology—A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2012. -V.16(5). - pp.2696-2723.

8. Geffroy B., Le Roy P., Prat C. Organic light-emitting diode (OLED) technology: materials, devices and display technologies //Polymer International. - 2006. - Т. 55. -№. 6. - p. 572-582.

9. Dickson G. The Steady Evolution of OLED Displays //Information Display. -2023. - V. 39. - №. 6. - pp. 21-24.

10. Jou, J.H., Kumar, S., Agrawal, A., Li, T.H. and Sahoo, S., 2015. Approaches for fabricating high efficiency organic light emitting diodes // Journal of Materials Chemistry C. - 2015. - V.3(13). - pp.2974-3002.

11. Jan Kalinowski, Organic Light-Emitting Diodes. Principles, Characteristics & Processes (1st ed.) // Boca Raton: CRC Press, 2004. - 480 p.

12. Минайчев В. Е., Вакуумное оборудование для нанесения пленок //М.: Машиностроение, 1978. - 60 с.

13. Лапшинов Б. А., Нанесение тонких пленок методом вакуумного термического испарения //М.: Моск. гос. ин-т электроники и математики. - 2006. -30 с.

14. Bale M. et al. Ink-jet printing: The route to production of full-color P-OLED displays //Journal of the Society for Information Display. - 2006. - Т. 14. - №. 5. - С. 453-459.

15. Markham J. P. J. et al. High-efficiency green phosphorescence from spin-coated single-layer dendrimer light-emitting diodes //Applied physics letters. - 2002. - Т. 80. -№. 15. - С. 2645-2647.

16. Smith L. H., Wasey J. A. E., Barnes W. L. Light outcoupling efficiency of top-emitting organic light-emitting diodes //Applied Physics Letters. - 2004. - Т. 84. - №.

16. - С. 2986-2988.

17. Parthasarathy G. et al. High-efficiency transparent organic light-emitting devices //Applied Physics Letters. - 2000. - Т. 76. - №. 15. - С. 2128-2130.

18. Chiba T. et al. Ultra-high efficiency by multiple emission from stacked organic light-emitting devices //Organic Electronics. - 2011. - Т. 12. - №. 4. - С. 710-715.

19. Crawford G. (ed.). Flexible flat panel displays. - John Wiley & Sons, 2005.

20. Han T. H. et al. Extremely efficient flexible organic light-emitting diodes with modified graphene anode //Nature Photonics. - 2012. - Т. 6. - №. 2. - С. 105.

21. Kubota H. et al. Organic LED full color passive-matrix display //Journal of Luminescence. - 2000. - Т. 87. - С. 56-60.

22. Lee J. Y., Kwon J. H., Chung H. K. High efficiency and low power consumption in active matrix organic light emitting diodes //Organic electronics. - 2003. - Т. 4. - №. 2-3. - С. 143-148.

23. Corsair XENEON 34WQHD240-C: Everything you need to know: сайт. - URL: https://www.corsair.com/ru/ru/explorer/gamer/monitors/corsair-xeneon-34wqhd240-c-everything-you-need-to-know/ (дата обращения: 30.05.2024).

24. Super Display Co. to launch a 720hz 27-inch WOLED gaming monitor: сайт. -URL: https://www.oled-info.com/super-display-co-launch-720hz-27-inch-woled-gaming-monitor (дата обращения: 31.01.2025).

25. LG Display starts mass producing its 4th-Gen WOLED gaming monitors, developed a 540Hz QHD panel: сайт. - URL: https://www.oled-info.com/lg-display-starts-mass-producing-its-4th-gen-woled-gaming-monitors-developed

(дата обращения: 31.01.2025).

26. Virk H. S., Luminescence: basic concepts, applications and instrumentation. -Trans Tech Publ., 2014.

27. Красовицкий, Б. М., Болотин Б. М., Органические люминофоры. - 2-е изд. перераб. // М.: Химия, 1984. - 336 с., ил.

28. Rajeswaran M. et al. Structural, thermal, and spectral characterization of the different crystalline forms of Alq3, tris (quinolin-8-olato) aluminum (III), an electroluminescent material in OLED technology //Polyhedron. - 2009. - Т. 28. - №. 4. - р. 835-843.

29. So F., Organic Electronics: Materials, Processing, Devices and Applications. CRC Press, 2009. - 581 p.

30. Бочкарев М. Н., Витухновский А. Г. Органические светоизлучающие диоды (OLED) // Н. Новгород: Деком. - 2011. - 364 с.

31. Baldo M. A. et al. Highly efficient phosphorescent emission from organic electroluminescent devices //Nature. - 1998. - Т. 395. - №. 6698. - С. 151.

32. dos Santos P. L. et al. Recent advances in highly-efficient near infrared OLED emitters //Materials Chemistry Frontiers. - 2024.

33. Becker H. et al. 5.1: Purity of OLED-Materials and the Implication on Device Performance //SID Symposium Digest of Technical Papers. - Blackwell Publishing Ltd, 2010. - Т. 41. - №. 1. - С. 39-42.

34. Tipson, R. Stewart. Theory, Scope, and Methods of Recrystallization // Analytical Chemistry. - 1950. - V. 22. - №5. - p.628-636.

35. Janson, J.C., Jonsson, J.A. Introduction to chromatography // Protein Purification: Principles, High Resolution Methods, and Applications. - 2011. - pp.23-50.

36. Becker H., Berger W., Domschke G. Organicum: Practical Handbook of Organic Chemistry // Elsevier. - 1973. - 726 p.

37. Leonard J., Lygo B., Procter G. Advanced practical organic chemistry // CRC press. - 2013. - 341 p.

38. Ludwig Gattermann. Laboratory Methods of Organic Chemistry (2nd ed.) // Walter de Gruyter GmbH & Co KG. - 2020. - 416 p.

39. Armarego, Wilfred LF. Purification of laboratory chemicals (6th ed.) // Butterworth-Heinemann (Elsevier). - 2017. - 721p.

40. Guangzhou China Ray Optoelectronic Materials Co.,Ltd: сайт. - URL: http://www.chinaray-oled.com/wap/en/le.php?id=35&f=18 (дата обращения: 25.05.2023).

41. NARD Institute. Sublimation purification: сайт. - URL: https://www.nard.co.jp/en/products/sublimation/ (дата обращения: 25.05.2023).

42. Jiqing Bao, Chunhua Tang, Ruiren Tang. Synthesis and luminescent properties of novel pyrazolone rare earth complexes // Journal of Rare Earths. - 2011. - V.29(1). - P. 15-19.

43. Jack DeRuiter, Deborah ann Carter, Wilmer Scott Arledge and Patrick J. Sullivan Synthesis and Reaction of 4-Isopropylidene-1-aryl-3-methyl-2-pyrazolin-5-ones // J. Heterocyclic Chem. - 1987. - V. 24. - P. 152.

44. Чичибабин Алексей Евгеньевич Основные начала органической химии // Госхимиздат. - 1963. - Т. 1. - Изд. 7. - 606 с.

45. ГОСТ 8750-78. Реактивы. Фенилгидразин. Технические условия // Государственный стандарт союза ССР. - 1978. - 2 с.

46. B.S. Jensen The synthesis of 1-Penyl-3-methyl-4-acyl-pyrazolones-5 // ActaChemicaScandinavica. - 1959. - V. 13. - P. 1670.

47. Sweeney,Joseph; Perkins, Gemma; DiMauro, Erin F.; Hodous, Brian L. Trifluoroacetic Anhydride // Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. - 2005.

- 4 P.

48. Kawaguchi, H., Tanaka, T., Nakamura, T., Morishita M., Mizuike A. Matrix Effects in Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry // Analytical sciences. - 1987.

- V. 3(4). - pp. 305-308.

49. De Laeter J.R., Heumann K.G., Rosman K.J.R. Isotopic compositions of the elements 1989. // Journal of physical and chemical reference data. - 1991. - V.20(6) -pp.1327-1337.

50. Tanner S.D., Baranov V.I., Bandura D.R. Reaction cells and collision cells for ICP-MS: a tutorial review. // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. - 2002. -V.57(9) - pp.1361-1452.

51. Карандашев В. К., Туранов А. Н., Орлова Т. А., Лежнев А. Е., Носенко С. В., Золотарева Н. И., Москвина И. Р. Использование метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в элементном анализе объектов окружающей среды // Заводская лаборатория, диагностика материалов. - 2007. - Т.73. - №1. - С. 12-22.

52. Сапрыгин А.В., Голик В.М., Трепачев С.А., Голик С.В., Кузьмина Н.В. Исследование возможности прямого определения кремния методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с использованием динамической реакционной ячейки. // Аналитика и контроль. - 2011. - Т. 15. - № 1. - С. 64-77.

53. Fujimoto, H., Suekane, T., Imanishi, K. et al. Influence of vacuum chamber impurities on the lifetime of organic light-emitting diodes // Sci Rep. - 2016. - V. 6. -P.38482.

54. Li Z., Zhang H., Yu J. Near-infrared electroluminescence from double-emission-layers devices based on Ytterbium (III) complexes // Thin Solid Films. - 2012. - V. 520(9). - P. 3663-3667.

55. Ahmed Z., Avila H.C., Carvalho R.S., Kai J., Resende J.A.L.C., Bandini E., Barbieri A., Cremona M. Bright neodymium complexes for efficient near infra-red organic light emitting diodes // New Journal of Chemistry. - 2020. - V.44(33). -pp.14161-14170.

Приложение А. Методика измерений массовой доли примесных элементов в металлорганических полупроводниковых соединениях методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой

На 1 листе Лист 1 из 1

Приложение к свидетельству № 223.0041ZRA.RU.311866/2024 об аттестации методики (метода) измерений

Методика измерений массовой доли примесных элементов в металлорганических полупроводниковых соединениях методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой

Диапазоны измерений массовой доли определяемых элементов приведены в таблице 1. Таблица 1

Наименование материала Элемент Диапазон измерений массовой доли элемента, % Элемент Диапазон измерений массовой доли элемента, %

от до от до

Эмиссионный материал красного цвета свечения ЭМК-01 и 1,0-10"4 5,0-10"3 К 5,0-10"5 5,0-Ю"3

Ш 1,0-10"4 5,0-10"3 N1 1,0-10"5 5,0-Ю"3

мё 1,0-10"4 5,0-10"3 Рс1 1.0-10"4 5,0-10"3

Эмиссионный материал зеленого цвета свечения ЭМЗ-01 и 1,0-10"4 5,0-Ю"3 К 1,0-Ю"4 5,0-10"3

N3 1,0-Ю-4 5,0-10"3 N1 1,0-10"5 1,0-Ю"3

мё 1,0-Ю"4 5,0-10"3 Рс1 1,0-10"5 5,0-10"3

Электронно-транспортный материал ЭТМ-02 и 1,0-10"4 5,0-10"3 К 5,0-10"5 5,0-Ю"3

ш 1,0-10"4 5,0-10"3 № 5,0-10"5 1,0-Ю"3

мё 1,0-10"4 5,0-10"3 Рс1 1,0-10"5 5,0-10"3

Значения характеристики погрешности и ее составляющих приведены в таблице 2. Таблица 2

Диапазон измерений массовой доли элементов, % Относительное среднее квадрати ческое отклонение повторяемости измерений а,., % Относительное среднее квадратическое отклонение внутри-лабораторной прецизионности измерений Границы относительной систематической погрешности измерений при Р=0,95 ±дс, % Границы относительной погрешности измерений при Р=0,95 ±5, %

От 1,0'Ю"5 до 5,0'Ю"3 включительно 12 19 15 40

Эксперт:

1'Ш,

Н.Л. Герасимова

Приложение Б. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

«УТВПРЖДЛЮ» Заместитель генерального директора по научно-техническому развитию АО «Центральный научно-исследовательский

институт «Циклон» Тарасов В.В. с?5Г 2025 г.

о внедрении результатов диссертационной работы Барканова А.Д. на тему: «Высокочистые люминесцентные гомо- и гетеролигандные координационные соединения 1л, А1, УЬ, N(1 для технологии органических светодиодов видимого и инфракрасного диапазонов спектра», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Настоящий акт подтверждает факт внедрения результатов, полученных Баркановым Артемом Денисовичем в ходе выполнении диссертационной работы, в технологический процесс производства материалов, разрабатываемых АО «ЦНИИ «Циклон» в рамках реализации НИР «Органика-М», по государственному контракту от 01.03.2023 г. № 2325020100062000000007520/23208.4420039.13.001 с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации.

Автором диссертационной работы был разработаны и аттестованы методики контроля примесного состава высокочистых металлоорганических координационных соединений, используемых в качестве эмиссионных слоев многослойной структуры органического светоизлучающего диода. Также автором разработаны режимы сублимационной очистки органических и металлоорганических материалов, используемых в качестве функциональных слоев многослойной структуры органического светоизлучающего диода.

Результаты, полученные автором диссертации были использованы в ходе выполнения НИР «Органика-М», в том числе при разработке аттестованных методик контроля примесного состава и технологических регламентов производства отечественных материалов для дисплейных применений.

Научный руководитель НИР «Органика-М»

Стахарный С.А.