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Caracterısticas del TPBi como capa

transportadora de electrones

German Anıbal Mendez Merchan

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Departamento de fısica

Bogota 2016

Caracterısticas del TPBi como capa transportadora de

electrones

German Anıbal Mendez Merchan

Trabajo de Tesis para optar por el tıtulo de Magister en

Ciencias Fısica

Director:

Ph.D Angel Miguel Ardila Vargas

Lınea de investigacion:

Semiconductores organicos - Grupo de fısica aplicada

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Departamento de fısica

Bogota, 2016

Indice general

I Semiconductores Organicos 5

1. Dispositivos organicos emisores de luz de pequena molecula 7

1.1. Historia breve de los semiconductores organicos . . . . . . . . 7

1.2. La fısica de los Semiconductores organicos . . . . . . . . . . . 8

1.3. Clasificacion de los dispositivos OLED . . . . . . . . . . . . . 13

1.4. Estructura de un OLED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4.1. Dispositivo basico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4.2. Capa transportadora de electrones . . . . . . . . . . . 15

1.5. Caracterısticas del compuesto organico TPBi . . . . . . . . . . 16

II Capa transportadora de electrones 19

2. Metodologıa Experimental 21

2.1. Deposicion de la pelıcula de TPBi . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.2. Caracterizacion morfologica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

i

2.2.1. Variacion de la tasa de crecimiento del TPBi . . . . . . 25

2.2.2. Variacion del espesor de las capas de TPBi . . . . . . . 33

2.3. Propiedades opticas de las capas de TPBi . . . . . . . . . . . 42

2.4. Comportamiento electrico y optico de las capas de TPBi en

arreglo de dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.5. Reconocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

III Conclusiones del deposito de TPBi 53

3. Conclusiones y Recomendaciones 55

3.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

ii

Indice de figuras

1.1. Molecula de poliacetileno. En la parte a, la molecula se en-

cuentra sin hibridar, en b y b son formas de hibridacion y en

c es una hibridacion resonante . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2. Carbono con orbitales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3. Enlaces π y σ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.4. Orbitales enlazantes y antienlazantes π y σ. . . . . . . . . . . 12

1.5. Configuracion SMOLED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.6. Esquema del GAP entre ETL y Catodo. . . . . . . . . . . . . 16

1.7. Estructura quımica TPBi [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1. Equipo deposicion de alto vacıo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2. Portasustratos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3. Sustrato de vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4. Sustrato de Silicio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.5. SEM de pelıcula de TPBi con tasa de deposicion 1,2 nm/s. . . 26

2.6. Dato de altura de la pelıcula usando perfilometro. . . . . . . . 26

iii



2.9. SEM de pelıcula de TPBi con tasa de deposicion 0,6nm/s. . . 30


2.11. SEM de pelıcula deTPBi con tasa de deposicion 0,2 nm/s. . . 32

2.12. Esquema Capa transportadora de electrones. . . . . . . . . . . 33

2.13. Deposito del TPBi sobre Silicio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.14. TPBi con espesor a 60 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.15. Toma de perfilometrıa a 60 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.16. TPBi con espesor a 120 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.17. Toma de perfilometrıa a 120 nm . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.18. TPBi con espesor a 180nm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.19. Toma de perfilometrıa a 180 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.20. TPBi con espesor a 220 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.21. Toma de perfilometrıa a 220 nm. . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.22. Transmitancia de la pelıcula de TPBi . . . . . . . . . . . . . . 43

2.23. Esquema del dispositivo organico fabricado. . . . . . . . . . . 45

2.24. Caracterıstica I−V del dispositivo tipo I, sin la capa de TPBi

transportadora de electrones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.25. Caracterıstica I − V del dispositivo tipo II, con la capa de

TPBi transportadora de electrones. . . . . . . . . . . . . . . . 47

iv

2.26. Dispositivo OLED tipo II en funcionamiento. . . . . . . . . . . 48

2.27. Intensidad vs Longitud de onda, con TPBi. . . . . . . . . . . . 49

2.28. Esquema de niveles de energıa de las capas en el dispositivo.

a) Dispositivo tipo I, b) dispositivo tipo II. Las lıneas azules

representan los orbitales HOMO y las rojas los orbitales LUMO.. 50

v

Indice de cuadros

1.1. Analogıa Inorganicos-Organicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1. Parametros de deposicion del TPBi. . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2. Condiciones de deposito de la capa de TPBi (a). . . . . . . . . 34

2.3. Condiciones de deposito de la capa de TPBi (b). . . . . . . . . 34

2.4. Condiciones deposito de la capa de TPBi (c). . . . . . . . . . . 35

2.5. Arquitectura dispositivo 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.6. Arquitectura dispositivo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

vii

Agradecimientos

El presente trabajo de maestrıa agradezco a Dios, por llenarme de fortaleza

en momentos difıciles.

A mi Madre, que siempre estuvo dando las fuerzas, las palabras de alien-

to en los momentos que sentı no poder terminar este objetivo academico y

aun mas este logro lo dedico entre tristeza y una satisfaccion enorme, pues

aunque en esta recta final, te despides y no me alcanzaste a ver en el au-

ditorio recibiendo el grado, se que desde el cielo veras que llene de orgullo

tu corazon, gracias Florachita!!!.

Tambien agradezco a mis hermanas, mi abuelo y mi padre por estar en un

apoyo incondicional de este objetivo alcanzado.

Por otra parte agradezco al Profesor Angel Miguel Ardila Vargas, por la

paciencia, la orientacion en cada uno de los pasos experimentales, para lo-

grar buenos resultados, entre muchos impases que se presentaron, como la

calibracion de la maquina, la carga de material, las fugas ... Muchas gracias

profe!!!

Por ultimo agradezco a mi novia, la princesita de mi corazon pues estuvo

en el momento mas triste que cualquier persona puede sentir y ella con su

apoyo logro que siempre mi mente y mi corazon estuviera con el aliento

arriba, gracias!!!

1

Resumen

El trabajo expone la tecnica de deposicion en alto vacıo del 1,3,5-tris(N-

fenilben cimidizol-2-il) benceno (TPBi) [1], como capa transportadora de

electrones. El TPBi se deposito sobre sustratos de vidrio y Silicio, para ana-

lizar sobre estos la morfologıa de las superficies cuando se vario su tasa de

crecimiento, teniendo constantes como: a) espesor de la pelıcula y b) tempe-

ratura del sustrato. Otro analisis presentado en este trabajo, es la morfologıa

de superficies cuando se vario el espesor de la pelıcula, teniendo constantes:

a) tasa de crecimiento y b) temperatura del sustrato.

Los datos obtenidos1 en el presente trabajo, se realizaron con el sistema

de vacıo del laboratorio nanoestructuras organicas y moleculares, en el que

se genera un alto vacıo hasta 2,0× 10−6 mbar. El sistema en mencion se en-

cuentra automatizado con un software en LabView en el que se programaron

las condiciones iniciales para realizar el deposito del TPBi sobre sustratos de

vidrio y Silicio.

El estudio de las propiedades morfologicas se realizo con microscopıa de ba-

rrido (SEM por sus siglas en ingles) y perfilometrıa. Las propiedades opticas

por transmitacia y electroluminiscencia y la caracterıstica electrica por la

dependencia I-V

1Todos los quipos y materiales usados en el presente trabajo se encuentran en el De-

partamento de Fısica Lab 102, de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogota

3

En el capıtulo uno se expone: a) el sustento teorico de los semiconductores

organicos, haciendo enfasis en la teorıa de la conjugacion, b) resena historica

de los semiconductores organicos, c) caracterısticas de dispositivos organicos

de pequena molecula, d) caracterısticas de la capa transportadora de elec-

trones y e) caracterısticas del TPBi

En el capıtulo dos expone los resultados obtenidos del TPBi, al ser depo-

sitados con la tecnica de evaporacion termica de alto vacıo. En los resultados

que se obtuvieron en los sustratos de vidrio y Silicio con el TPBi, se mostro la

morfologıa de acuerdo a una tasa de crecimiento y espesor variable gracias a

las sistematizacion de la camara de alto vacıo.

En el capıtulo tres se realizo las conclusiones de los resultados obtenidos del

capitulo dos y se dejan observaciones y recomendaciones para futuros traba-

jos haciendo uso del TPBi como material optimo para la capa de transporte

de electrones, en un dispositivo organico de pequena molecula. Palabras

clave: Capa transportadora de electrones, Dispositivo organico de pequena

molecula, SEM, TPBi y teorıa de la conjugacion

4

Parte I

Semiconductores Organicos

5

Capıtulo 1

Dispositivos organicos emisores

de luz de pequena molecula

1.1. Historia breve de los semiconductores organi-

cos

Tal vez uno de los avances mas importantes en la optoelectronica del siglo

XX, resulto en los anos 70 con el descubrimiento accidental de Hideki Shi-

rakawa [2], cuando al realizar la sıntesis del poliacetileno a partir del gas de

acetileno, esperaba descubrir un polvo oscuro y opaco, pero se encontro con

una pelıcula delgada de brillo metalico, con caracterıstica flexible como el

plastico y que aparte presentaba conductividad [2]

Tiempo mas tarde, Shirakawa, junto con MacDarmind y Heeger, obtuvie-

ron el premio Nobel de Quımica en el ano 2000, por sus contribuciones a

lo que se denomino materiales organicos. Sin embargo, en la decada de los

60 se habıa mostrado conduccion en organicos a traves del monocristal de

antraceno en trabajos de Pope, Helfrich y Schneider [3]. Sin embargo, estos

dispositivos requerıan una alta diferencia de potencial para su funcionamien-

7

to, lo que generaba que sus aplicaciones fueran poco realistas. No obstante,

en los anos 80 con el trabajo de Tang y VanSlyke., se realizo un dispositivo

electroluminiscente, que fue el prototipo para el OLED (por sus siglas en

ingles Organic Light Emmitting Diode), que hoy en dıa se investigan.

El aporte de Tang, consistio en un dispositivo por capas, donde usaba en

la inyeccion de huecos un contacto de ITO (oxido de estano e indio), para el

transporte de electrones una aleacion de magnesio-plata (Mg:Ag), en la ca-

pa de emision usaba Alq3 (aluminio-tris (8-hidroxi-quinolinato)), lo que dio

como resultado un dispositivo con baja diferencia de potencial para su fun-

cionamiento y una alta eficiencia en su electroluminiscencia, que de acuerdo

con [3]: “El OLED de 1987 necesitaba 5.5 V para alcanzar una luminancia

de 100 cd/m2(luminosidad usual de las pantallas de monitor y tubos de rayos

catodicos)”.

Desde entonces a la fecha, se ha investigado en la busqueda de materiales

(CBP (4,4‘ - bis(9- carbazolil)), DCB (N,N‘- DICARBAZOLIL-1, 4-dimeteno

benceno), TAZ1 (3-fenil-4(1‘-naftil)-5-fenil-1,2,4-triazol), etc) que funcionen

a bajas diferencias de potencial y generen altas electroluminiscencias. Los

objetivos principales en la fabricacion de un dispositivo dependen de: a) la

busqueda de materiales que mejoren en inyeccion de huecos y transporte

de los mismos, b) mejores materiales en las capas de emision, y c) mejores

materiales en las capas de inyeccion de electrones.

1.2. La fısica de los Semiconductores organi-

cos

Por lo general los materiales organicos se han considerado aislantes porque

su conductividad es muy baja, sin embargo en los descubrimientos mencio-

nados en el ıtem anterior la forma de ver los organicos como semiconductores

genera interes desde varios puntos de vista como: la investigacion de nuevos

8

materiales a base organica, las aplicaciones tecnologicas, tecnicas de fabri-

cacion de pelıculas delgadas y sus repercusiones futuras en la industria, en

terminos de costos de fabricacion. Para entender las ventajas de los organicos

se debe mencionar el carbono (C) es el elemento pilar para la comprension de

la conductividad a base organica, donde se distinguen dos tipos de semicon-

ductores: el primero llamado de pequena molecula (SMOLED, por sus siglas

en ingles), y el segundo, los polımeros, los cuales son cadenas extensas de

monomeros. La caracterıstica esencial de la conductividad organica es una

serie continua de enlaces simples y enlaces dobles que se extiende a lo largo

de la molecula, como se muestra en la figura 1.1.

Figura 1.1: Molecula de poliacetileno. En la parte a, la molecula se encuentra

sin hibridar, en b y b son formas de hibridacion y en c es una hibridacion

resonante

La parte a de la figura 1.1, muestra enlaces simples en una cadena de car-

bonos, las demas muestran las posibles configuraciones sobre una cadena de

9

carbonos, donde se tiene un enlace simple y despues un enlace doble, lo que

genera un efecto que se conoce como la teorıa de la conjugacion.

Esta se puede interpretar como una cadena de carbono ya sea en monomeros

o polımeros, que siempre posee un enlace simple, luego un enlace doble y

ası sucesivamente sin que ello implique dar prioridad a un enlace sobre una

cadena de carbonos. Esta configuracion muestra algunas ventajas del car-

bono: a) tipos de enlace (enlace sigma σ y enlace pi π) y b) la hibridacion

las cuales son importantes para la conductividad organica.

El carbono se encuentra hibridado en los orbitales s, px,py, formando una

estructura molecular planar triangular y un orbital no hibridado a lo largo

del eje z, como se muestra en la figura 1.2.

Figura 1.2: Carbono con orbitales.

Con la configuracion mostrada, se obtiene la hibridacion del orbital sp2, que

se caracteriza por tener una interaccion enlazante y anti enlazante, que man-

tiene enlaces fuertes σ, mientras que el orbital pz no hibridado formando en-

laces π con orbitales pz de otros atomos de carbono de la molecula o cadena.

Estos orbitales paralelos se solapan de lado, formando una mayor densidad

electronica centrada por encima y por debajo de la lınea que conecta los

nucleos [4]. Es por eso que los electrones pueden moverse libremente en estas

de nubes de electrones π, lo que permite la conduccion de electricidad en

el compuesto organico. A modo de ejemplo, la figura 1.3 muestra como se

encuentran los enlaces π y σ en una ramificacion de carbonos.

10

Figura 1.3: Enlaces π y σ.

La figura 1.3 es la forma esquematica de los enlaces; ahora bien, en terminos

de energıa es de resaltar que gracias a la brecha que existe entre el orbital

enlazante π y el orbital anti enlazante π, existe una brecha pequena (gap)

de energıa, similar a como sucede en los materiales y compuestos organicos.

En los organicos el gap depende de los materiales usados en cada capa, como

mas adelante se mostrara con la descripcion de dispositivos multicapa.

La figura 1.4 muestra a modo esquematico la brecha energeticas que se tienen

entre el orbital enlazante y antienlazante π y σ, donde se puede evidenciar

que los electrones pueden moverse libremente en los recubrimientos de nu-

bes de electrones π, pues la banda prohibida entre ellos es mas accesible,

comparada con σ. Los hidrocarburos aromaticos policıclicos son ejemplos de

este tipo de semiconductores [5], en particular de este trabajo el TPBi (1,3,5-

tris(N-fenilbencimidizol-2-il)benceno) [1], sera el material a usarse como capa

transportadora de electrones.

11

Figura 1.4: Orbitales enlazantes y antienlazantes π y σ.

El proposito de mostrar una parte quımica y una parte energetica en los

parrafos anteriores es para evidenciar, a tıtulo personal, una analogıa entre

la fısica de semiconductores organicos con semiconductores inorganicos, que

se resume en el siguiente cuadro.

Semiconcondutor inorganico Semiconductor Organico

Banda de Valencia HOMO y orbitales inferiores

Banda de Conduccion LUMO y orbitales superiores

Cuadro 1.1: Analogıa Inorganicos-Organicos.

Conforme el cuadro 1.1, lo ideal es que entre el LUMO (por sus siglas en

ingles, Lowest Unoccupied Molecular Orbital) y el HOMO ( por sus siglas en

ingles, Highest Occupied Molecular Orbital), se tenga una brecha pequena

para generar una mejor conductividad, ya que los estados son mas faciles

de excitar. Ademas en los semiconductores organicos los enlaces π ofrecen

la ventaja de ser moldeables, ya que se puede mejorar su nube de electro-

nes con dopantes y por consiguiente seguir mejorando la conductividad en el

dispositivo.

12

1.3. Clasificacion de los dispositivos OLED

El principal objetivo de este ıtem, es diferenciar los OLED, de acuerdo al

material que los conforman:

De pequena molecula: Aquellos organicos conformados por pequenas

moleculas, que tıpicamente no repiten su estructura, en otras palabras,

son los que se conocen como monomeros. A este tipo de dispositivos

organicos moleculares se les conoce en la literatura como SMOLED

(por sus siglas en ingles Small Organic Light Emiting Diode).

Una de las caracterısticas de la pequena molecula es que son solubles,

lo cual permite que para la fabricacion de dispositivos se utilice con

frecuencia la deposicion por metodos tanto quımicos como fısicos.

Polımeros : Son organicos en los que se pueden vincular cadenas de

simples monomeros o cadenas extensas de ellos.

Una de las caracterısticas de los polımeros es que son solventes, lo cual

hace que se utilice con frecuencia tecnicas de Spın-coating. Con estos

materiales no se puede usar metodos fısicos ara la fabricacion de los

dispositivos.

Cabe destacar que en la literatura de OLEDS se encuentran aun mas clasi-

ficaciones como: PHOLED (por sus siglas en ingles Phosphorescent organic

light emitting diodes), PLEDs (por sus siglas en ingles Polymer light emitting

diodes), entre otros, pero no se resaltan, pues el objetivo principal esta en

la compresion de la capa transportadora de electrones que hace parte de los

SMOLED de acuerdo al prototipo de Tang.

13

1.4. Estructura de un OLED

1.4.1. Dispositivo basico

La estructura basica de un OLED posee dos finas capas organicas que son la

capa de emision y la capa de conduccion [6], las cuales se encuentran en un

“sanduche”, entre el anodo y el catodo. Usualmente en el anodo se tiene un

sustrato transparente y flexible. Para el caso de los SMOLED, la estructura

puede ser tan compleja como la que se muestra en la figura 1.5.1

Figura 1.5: Configuracion SMOLED.

Una de las caracterısticas de los SMOLED, como el de la figura 1.5, es poseer

una serie de capas con funciones especificas, que leıdas de arriba abajo son: a)

EIL (electron injection layer), capa de inyeccion de electrones, b) ETL (elec-

tron transport layer) capa transportadora de electrones; c) EML (emissive

layer), capa emisora; d) HTL (hole transportation layer), capa transporta-

dora de hueco y e) HIL (hole injection layer), capa de inyeccion de huecos.

Todas las capas mencionadas se encuentran entre el catodo y anodo, donde

este ultimo se deposita sobre un sustrato transparente.

1Imagen tomada y adaptada de: http://www.sumitomo-

chem.co.jp/english/pled/about.html

14

La relevancia de esta descripcion radica en la capa transportadora de elec-

trones, pues su funcion es transportar electrones y bloquear los huecos para

favorecer la formacion de excitones en la capa emisora EML con el fin de que

al recombinarse se produzca la emision deseada de fotones.

1.4.2. Capa transportadora de electrones

Es una capa relevante en los dispositivos de pequena molecula si se sigue

el esquema de la figura 1.5, pues algunos materiales en la actualidad solo

necesitan de uno o dos materiales para que suplan las capas mencionadas,

(En especial Polimeros) [7]. Uno de los materiales mas relacionados con la

capa transportadora de electrones (en adelante ETL, por sus siglas en ingles),

es el tris-(8-hydroxyquinolato) aluminio (Alq3), debido a las bondades que

proveıa, entre ellas estaban [1] el GAP de energıa, 2.7 eV, muy aceptable

dentro del rango de la conductividad, que se encuentra con valores de 1.3 eV

a 3.0 eV [8], criterio evidente para determinar un semiconductor, ası como

su relativa baja movilidad electronica comparada con la de otros compuestos

organicos.

Las materiales usados en las ETL usualmente se comparan con el LUMO

y HOMO del Alq3, para determinar si pueden ser capas transportadoras de

electrones, ası como barrera de transporte de huecos, para que se obtenga el

exciton.

Las propiedades mas importantes en las ETL son:

Un GAP de energıa pequeno entre el nivel de Fermi del catodo con el

LUMO de la ETL, lo cual provee una barrera mınima en la inyeccion

de electrones, como muestra la figura 1.6

Un bloqueo alto de los huecos que ingresan por el HOMO

Buena movilidad de transporte de electrones (µe > 10−5cm2/(V s))

15

Alta estabilidad termica con temperaturas mayores a los 120oC

La ETL debe ser no reactiva en el momento de operacion del dispositivo

El material de ETL, al igual que con otros materiales moleculares son

insolubles, lo cual hace que sean facilmente separables y no se deben

cristalizar.

Figura 1.6: Esquema del GAP entre ETL y Catodo.

1.5. Caracterısticas del compuesto organico

TPBi

La figura 1.7 muestra la estructura quımica del TPBi.

Figura 1.7: Estructura quımica TPBi [11].

16

A continuacion se enumeran algunas de las caracterısticas y propiedades del

TPBi [10]

La movilidad de electrones es del orden 10−6 − 10−5cm2/V s

El nivel del LUMO en el TPBi es - 2.7 eV

Funciona como material anfitrion o transportador para la emision en

dispositivos OLED

El brillo azul del TPBi cuando actua como capa emisora, es de 11000

cd/m2 [12]

Usando el TPBI, como capa transportadora de electrones, basados en

mezclas de un fosforescente, la eficiencia cuantica es de un valor 14,4

% lo que baja los voltajes de los dispositivos, comparados con aquellos

que no usan TPBi [13]

17

Parte II

Capa transportadora de

electrones

19

Capıtulo 2

Metodologıa Experimental

2.1. Deposicion de la pelıcula de TPBi

La tecnica de deposicion por evaporacion en vacıo consiste en el calenta-

miento hasta la sublimacion del material que se pretende depositar. El vapor

del material termina condensandose en forma de lamina delgada sobre la su-

perficie del substrato y las paredes de la camara de vacıo. Normalmente la

evaporacion se hace a presiones reducidas, del orden de 10−6 o 10 −5 mbar,

con el objeto de evitar la reaccion del vapor con la atmosfera ambiente [15].

La tecnica usual de pelıculas delgadas en los SMOLED es la deposicion

termica en alto vacıo [3]. Para este trabajo se realizo la deposicion de la

capa transportadora de electrones, usando como material el TPBi, mediante

el sistema de deposito que se muestra en la figura 2.1.

21

Figura 2.1: Equipo deposicion de alto vacıo.

Este ensamble experimental consta de un sistema de alto vacıo, controla-

do con un programa sistematizado (LabView) en el cual se programan las

condiciones iniciales para la deposicion de la pelıcula, tal como: a) espesor

de la pelıcula, b) densidad del material c) Tooling y d) tasa de crecimiento,

siempre y cuando se tenga un vacio del orden de 10−6 mbar, para su correcto

funcionamiento. Al respecto conviene decir en este ıtem, que para la deposi-

cion del TPBi, fue necesario calcular el tooling de la maquina, para el cual

se realizo el siguiente procedimiento:

Se hizo una pelıcula con un grosor determinado y un tooling propuesto

La pelıcula obtenida se llevo al perfilometro y se determino su espesor

Se hizo el calculo siguiendo: [16]

ToolingActual = ToolingpropuestoEspesoractual

EspesorPerfilometro

(2.1)

El factor tooling es un ajuste para la diferencia en el material depositado

sobre el sensor de cuarzo frente al sustrato [16]. Aquı he de referirme tam-

22

bien a que un factor tooling, bien calculado, lleva a que una vez colocado el

espesor en el programa y una vez obtenido el calculo de espesor a traves del

perfilometro, los valores coincidan, por tanto se evita perdida de material y

las condiciones sobre el crecimiento de una pelıcula sea controlado.

La temperatura del sustrato se mantuvo constante, con un valor de 60 oC,

mientras la temperatura de evaporacion se genero a partir de los 120 oC, se

resalta que estas temperaturas tuvieron variacion a lo largo de la deposicion

por cuestiones tecnicas, como la corriente suministrada tanto al evaporador

como al sustrato, aun ası los valores estuvieron siempre cerca a los mencio-

nados.

En el siguiente cuadro se resumen las condiciones iniciales en la deposicion del

TPBi, usando el equipo del Lab. de Nanoestructuras Organicas y moleculares

de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogota:

Parametros Valores

Densidad TPBi 1.2 Kg/m3

Tooling 0.82

Espesor Se vario para esta trabajo

Sustrato Vidrio y Silicio

Tasa de crecimiento Se vario para esta trabajo

Pre vacıo (5.0·10−3 - 1.0·10−3) mbar

Alto vacıo (3.0·10−6 - 7.0·10−6) mbar

Cuadro 2.1: Parametros de deposicion del TPBi.

2.2. Caracterizacion morfologica

La determinacion del grosor de las pelıculas depositadas sobre vidrio y Si-

licio, con el material del TPBi, se llevo a cabo con el perfilometro de la U.

Nacional de Colombia, con sede en Bogota. La superficie se analizo con el

SEM del Departamento de Fısica. El portasustrato utilizado para obtener las

23

pelıculas se muestra a continuacion:

Figura 2.2: Portasustratos.

Las dimensiones del portasustrato fueron de 10 mm por 15 mm.

Figura 2.3: Sustrato de vidrio

La figura 2.3 muestra como se ve una pelıcula despues de ser extraıda de la

camara de alto vacıo, cuando se tuvo el vidrio como sustrato. De ella se ve

el color tenue azulado, que es la pelıcula del TPBi.

Figura 2.4: Sustrato de Silicio.

La figura 2.4 muestra como se ve una pelıcula despues de ser extraıda de la

24

camara de alto vacıo, cuando se tuvo Silicio como sustrato. De ella se ve el

color amarrilo, que es la pelıcula del TPBi. El color de la pelıcula mostro di-

ferencias a medida que se cambio el espesor de la misma. En el caso de

este trabajo se realizo la limpieza de los sustratos de la siguiente manera: a)

Limpieza del vidrio, con desengrasantes comerciales, b) Ultrasonido en agua

desionizada, por 5 minutos, c) Ultrasonido en alcohol isopropilico, por 5 mi-

nutos, d) Ultrasonido en acetona, por 5 minutos, de modo que se intercalaban

estos ultimos dos procesos por cinco veces, para finalizar con un secado de

nitrogeno gaseoso y calentamiento en horno por 10 minutos a 100 oC.

2.2.1. Variacion de la tasa de crecimiento del TPBi

En el desarrollo de este trabajo de grado se hizo una variacion de la tasa de

crecimiento, manteniendo constante: a) Temperatura del sustrato y b) Espe-

sor de la pelıcula. La variacion realizada fue de 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 y 1,2

nm/s, con un espesor final de 100 nm.

A continuacion se muestran las imagenes SEM de una pelıcula deposita-

da a 1,2 nm/s, con un espesor de 100 nm y depositadas sobre sustrato de

vidrio (Figura 2.5). Se evidencian las diferentes magnificaciones donde en

(a), la escala de referencia es de 20 µm, caracterizando que la superficie es

homogenea sobre la area analizada. Aun ası no es confiable la interpretacion

mencionada si se compara con la parte (b) y (c), donde se analizo con escalas

de 5 µm y 2 µm. Existe un mejor detalle sobre la superficie y dejan ver que

las capas presentan cierta rugosidad.

25

(a) (b) (c)

Figura 2.5: SEM de pelıcula de TPBi con tasa de deposicion 1,2 nm/s.

Por otro lado se muestra la toma del espesor de la pelıcula a traves del

perfilometro, en la figura 2.6.

Figura 2.6: Dato de altura de la pelıcula usando perfilometro.

La imagen de la figura 2.6, corresponde a la medicion del espesor de la pelıcula

del TPBi, el cual era de esperar sobre un valor de 100 nm, pero el perfilome-

26

tro mostro un valor aproximado a 108 nm (cabe resaltar que el perfilometro

usado genera la medida en A). Sı se toma la diferencia porcentual de esta

medida con respecto al valor programado en el deposito de la capa se tendrıa

que:

∆x = xperfilometro − xdeposito (2.2)

Con lo que el error porcentual es:

∆x% =‖xmedido − xreal‖

xreal· 100 % (2.3)

Con la ecuacion 2.3 el valor del error relativo que se obtiene es de 8 %. De

acuerdo con los datos obtenidos, se podrıa mencionar que los resultados no

son malos, sin embargo, con la objetividad de tener una superficie homogenea

se infiere que la deposicion con la tasa mencionada no es la mejor, pues pre-

senta desventajas al momento de mantener una tasa de crecimiento constante

en el proceso de deposito, que esta relacionado con la temperatura de evapo-

racion y ası las condiciones iniciales no son faciles de controlar.

La pelıcula que se realizo con tasa de crecimiento de 1.0 nm/s, se mues-

tra en la figura 2.7

(a) (b) (c)


Las imagenes de la figura 2.7, muestran la estructura de la superficie de una

27

deposicion termica de alto vacıo a una tasa de 1,0 nm/s, sobre sustrato de

vidrio. En la parte (a), la escala es de 20 µm, caracterizando que la superfi-

cie presenta algunas imperfecciones, lo cual puede atribuirse a la limpieza del

sustrato que a propiedades intrınsecas del material, aunque en esta magni-

ficacion la superficie tiende a ser homogenea. La interpretacion con la parte

(b) y (c), donde sus escalas son de 5 µm y 2 µm, muestra una superficie “gra-

nular ”, lo que implica que no sea homogenea en espesor. Ademas en esta

tasa de deposicion se alcanzo a tener problemas con mantener las condiciones

iniciales constantes en el momento de la evaporacion termica. Sin embargo,

la calidad de la superficie es mejor que la obtenida con la tasa de deposito

de 1.2 nm/s

Con las imagenes mostradas de SEM, se hace mencion, que aunque se busco mag-

nificacion hasta 1.0 µm, las imagenes se pixelan y por ende se descartaron

para un analisis mas detallado de la superficie.

Por otra parte, de aquı en adelante no se muestran mas pantallazos en la

toma de datos del perfilometro, pues sus valores se tienden a mantener con

los errores calculados en parrafos anteriores.

La pelıcula que se realizo con tasa de crecimiento de 0.8 nm/s, se mues-

tra en la figura 2.8.

28

(a) (b) (c)


Las imagenes de la figura 2.8, muestran la estructura de la superficie de

una deposicion termica de alto vacıo a una tasa de 0,8 nm/s, donde en (a),

la escala es de 20 µm, caracterizando que la superficie no presenta a sim-

ple vista imperfecciones. La interpretacion con la parte (b) y (c), donde sus

magnificaciones son de 5 µm y 2 µm, muestra que en (b) se presenta una no

homogeneidad sobre la superficie, evidenciando unos “pitillos”, lo cual puede

ser suciedad que se haya quedado en el sustrato, mientras en (c), se muestra

una superficie mas compacta y menos granular si se compara con la imagen

anterior.

Hasta este punto es de enfatizar que las superficies tienden a mejorar a me-

dida que la tasa de crecimiento se hace pequena, debido a que es mas facil

controlar las condiciones iniciales.

Para la muestra que se realizo con una tasa de crecimiento de 0.6 nm/s,

se tiene una superficie con mayores imperfecciones que las mostradas an-

teriormente, pero una explicacion presentada para los valores obtenidos, se

dio porque al realizar la prueba y sacarla de la camara de vacıo no se pudo

realizar la toma de SEM inmediatamente, ya que se tenıa en mantenimiento

29

el equipo por una falla de refrigeracion. Sin embargo ası el dato mostrado

corrobora artıculos y literatura sobre materiales organicos, cuando se hace

mencion a que estos se degradan facilmente al estar en contacto con el me-

dio ambiente, no obstante, se llevo la medida a cabo cuando transcurrieron

alrededor de ocho dıas dıas despues de la deposicion de la pelıcula. Aquı el

criterio seleccionado para continuar con la toma de SEM, fue porque se al-

canzaba aun a ver un tenue color sobre el sustrato de vidrio, lo cual implica

que la pelıcula no se habıa degradado totalmente.Los resultados se muestran

en la siguiente figura:

(a) (b) (c)

Figura 2.9: SEM de pelıcula de TPBi con tasa de deposicion 0,6nm/s.

La parte (a) muestra una superficie homogenea y tal vez sea plana, ya que las

imperfecciones sobre los puntos blancos indican que el material ya se estaba

degradando, pero la pelıcula se tiende a mantener homogenea. Se mantiene

la hipotesis ya mencionada que a medida que la tasa de crecimiento baja, se

posee una mejor superficie. La parte (b) y (c), muestran con mayor claridad

la degradacion de la pelıcula, pero las superficie tiende a mostrar que man-

tiene la homogeneidad sobre el sustrato.

Para la pelıcula que se tuvo un crecimiento de 0.4 nm/s, a continuacion

se muestra las imagenes de SEM.

30

(a) (b)

(c) (d)


Para la pelıcula mostrada en la imagen de la figura 2.10 es difıcil establecer

diferencia, pues la superficie es mas homogenea entre sı, como se presentan

en la figura 2.10, aunque las pequenas imperfecciones que se ven sobre la

superficie, solo pertenecen a un pequena degradacion y a suciedad que se

quedo en el sustrato.

Para la figura 2.11, se muestra en la parte (a) una superficie homogenea,

para (b) en terminos generales uno podrıa concluir que la superficie tambien

es homogenea, pero sobre la parte superior derecha, aparece una especie de

“montana”que puede deberse a suciedad del sustrato, aun ası, la superficie es

homogenea en una area considerable, mientras en (c) y (d) la homogeneidad

se mantiene, pero las pequenas imperfecciones son mas problema de limpieza

31

(a) (b)

(c) (d)

Figura 2.11: SEM de pelıcula deTPBi con tasa de deposicion 0,2 nm/s.

de los sustratos.

A modo de comentario de este ıtem, se muestra con la tasa de crecimien-

to a 0,4 nm/s, se genero una mayor homogeneidad de la pelıcula depositada,

ya que no se presentan cambios significativos sobre la superficie, tal como se

evidencia en la figura 2.10, lo que cual podrıa generar una buena conductivi-

dad en el dispositivo, ya que se evita posiblemente ruptura de los contactos

entre las capas adyacentes a la capa transportadora de electrones, en este

caso el una capa de TPBi como ilustra la figura 2.12.

Sı la capa transportadora de electrones posee homogeneidad sobre la su-

perficie, la movilidad de electrones del catodo a la capa transportadores de

electrones sera mas facil, a la vez que la capa transportadora tendra una facil

32

movilidad de electrones a sus capas subyacente como se esquematiza del paso

1 a 2 con la figura 2.12.

Figura 2.12: Esquema Capa transportadora de electrones.

2.2.2. Variacion del espesor de las capas de TPBi

Otra condicion analizada en el presente trabajo fue cambiar el espesor de la

pelıcula, mientras se tenıa constante: a) tasa de crecimiento y b) tempera-

tura del sustrato. Una de las caracterizaciones que se evidenciaron con los

cambios de espesor se ilustra en la figura 2.13.

33

(a) (b)

(c)

Figura 2.13: Deposito del TPBi sobre Silicio.

Las condiciones para el deposito de la pelıcula, mostrada en (a), se resu-

men en el siguiente cuadro:

Temperatura del sustrato 60 oC

Tasa de crecimiento 0.4 nm/s

Espesor 180 nm

Tooling 0.82

Cuadro 2.2: Condiciones de deposito de la capa de TPBi (a).

Las condiciones para el deposito de la pelıcula, mostrada en (b), se resumen

en el siguiente cuadro:



Espesor 120 nm

Tooling 0.82

Cuadro 2.3: Condiciones de deposito de la capa de TPBi (b).

Las condiciones para el deposito de la pelıcula, mostrada en (c), se resumen

34

en el siguiente cuadro:



Espesor 60 nm

Tooling 0.82

Cuadro 2.4: Condiciones deposito de la capa de TPBi (c).

Las imagenes (a), (b) y (c), de la figura 2.13 muestran claramente, que al

variar el grosor de la pelıcula se tiene diferente coloracion de la misma, lo que

puede implicar en un dispositivo una reflectancia mayor o menor, pues se ha

de recordar que el funcionamiento de un dispositivo OLED [17], se centra en

que en el anodo (usualmente), se tiene una capa transparente, mientras el

catodo posee una capa reflectante para que ası, despues de la recombinacion

se emita la luz claramente. En este caso a mayor grosor se puede tener una

mejor emision de luz, si el TPBi se usara como capa reflectante. Se resalta

en esta parte que el TPBi es un emisor en color verde [18] y actualmente

es muy citado como un material para la capa transportadora en dispositivos

organicos, debido a su facil sıntesis quımica [19].

A continuacion se mostrara las diferentes imagenes de SEM para los gro-

sores de: a) 60 nm, b)120 nm, c)180 nm y d) 220 nm, que se depositaron en

sustratos de vidrio y Silicio.

El deposito del TPBi, con espesor de 60nm, se muestra en la figura 2.14.

35

(a) (b)

(c)

Figura 2.14: TPBi con espesor a 60 nm.

De modo general, las superficies de SEM, que se tienen en la figura 2.14,

las areas seleccionadas evidencian homogeneidad y las pequenas imperfeccio-

nes corresponden a suciedades del sustrato. La perfilometrıa de este deposito

de TPBi se muestra en la figura 2.15

36

Figura 2.15: Toma de perfilometrıa a 60 nm.

Los errores absolutos y relativos de la medida a 60 nm, se obtiene con las

ecuaciones 2.2 y 2.3; el valor del error absoluto para la muestra fue 6,2 nm,

de acuerdo con la referencia del valor hallado en el perfilometro que fue de

593.8 A. Mientras el error relativo tiene una valor de 1.03 % mostrando que

las medidas son buenas, aun ası sin haber logrado el valor esperado. Las

razones del por que los valores no son un 100 % exactos, depende de la depo-

sicion, del la superficie obtenida y de las instrumentacion usada. Al respecto

conviene decir que: a) el control de temperatura de evaporacion no es facil

en los primeros instantes de proceso de deposito, b) que la limpieza de los

sustratos al final siempre se quedan algunas suciedades y c) los equipos de

medicion muestran desgaste, como el caso del perfilometro, donde el estilete

ya muestra una punta que tiende a ser roma y no fina como es lo esperado.

37

La muestra de 120 nm se muestra en la figura 2.16

(a) (b)

(c)


Las imagenes SEM de la figura 2.16, muestran homogeneidad en la superficie

y las pequenas imperfecciones son suciedad alojada en el sustrato.

Su respectiva toma de perfilometrıa se muestra a continuacion:

38

Figura 2.17: Toma de perfilometrıa a 120 nm

El error absoluto y relativo de la medida a 120 nm, es de 23,8 nm y 1,98 %

respectivamente. Al respecto de estos valores, se puede afirmar que los da-

tos son buenos y que comparados con la muestra de 60 nm, los errores del

espesor a 120 nm aumentaron, lo cual podrıa comprenderse a traves de la

estabilidad de la tasa de crecimiento, pues pudo ocurrir que en algun mo-

mento del proceso de evaporacion la tasa no se haya mantenido constante.

Sin embargo, la superficie tiende a mostrar homogeneidad.

La muestra de 180 nm se expone a continuacion:

39

(a) (b) (c)

Figura 2.18: TPBi con espesor a 180nm

Los resultados que se muestran en la figura 2.18, evidencian que la superficie

no es homogenea y los puntos blancos indican degradacion de la pelıcula,

ademas de la suciedad del sustrato como la parte (a), mpresenta claramente.

Su respectiva toma de perfilometrıa se muestra en la figura 2.19.


El error absoluto y relativo de la medida de la pelıcula con la condicion de

40

espesor de 180 nm, son 28,4 nm y 1,57 % respectivamente. Los valores obte-

nidos, muestran que el error absoluto tiende a aumentar cuando se aumenta

el espesor de la pelıcula, lo cual podrıa comprenderse en terminos de la es-

tabilidad de la tasa de crecimiento.

La pelıcula depositada bajo un espesor de 220 nm se muestra en la siguiente

figura:

(a) (b)

(c)


La figura 2.20 muestra las imagenes obtenidas de SEM, las cuales evidencian

homogeneidad de la superficie.

41

Su respectiva toma de perfilometrıa se muestra en la figura 2.21


El error absoluto y relativo de la medida de la pelıcula con la condicion de

espesor a 220 nm, son 78,8 nm y 3,4 % respectivamente. Si bien los valo-

res aumentan, no implica en este caso que la superficie no sea homogenea.

Aquı el incremento de errores, es consistente con el aumento del espesor de la

muestra lo cual indica que se debe realizar un ligero ajuste de los parametros

de control de la tasa en el equipo de deposito.

2.3. Propiedades opticas de las capas de TP-

Bi

Para estudiar el comportamiento optico de las pelıculas de TPBi depositadas

por evaporacion termica se tomo el espectro de transmitancia en el rango del

42

visible.

La figura 2.22 muestra el espectro de transmitancia tomado en una pelıcula

de TPBi de 200 nm, depositada a 0,4 n/s. En la figura se incluye el espectro

de transmitancia del sustrato de vidrio como referencia para determinar el

grado de transparencia de la capa en el rango de longitudes de onda de 385

a 1000 nm. Como se puede observar, la capa es transparente a longitudes

de onda superiores a 500 nm y presenta una pequena absorcion a longitudes

de onda menores hacia el ultravioleta. Esta caracterıstica permite observar

que la capa transportadora de electrones no absorbera significativamente a

longitudes de onda en el rango del visible e infrarrojo cercano.

Figura 2.22: Transmitancia de la pelıcula de TPBi

43

2.4. Comportamiento electrico y optico de las

capas de TPBi en arreglo de dispositivo

Para determinar el comportamiento electrico y optico de las capas de TPBi

cuando este se encuentra formando parte de un dispositivo, se fabricaron dos

dispositivos con diferente arquitectura:

ITO CBP CBP - Ir(ppy)2 Al

Cuadro 2.5: Arquitectura dispositivo 1.

ITO CBP CBP - Ir(ppy)2 TPBi Al

Cuadro 2.6: Arquitectura dispositivo 2.

La capa de ITO se deposito con un espesor de 120 nm, la capa de CBP se

deposito con un espesor de 50 nm, la capa de CBP:Ir(ppy)2 con un espesor

de 50 nm, la capa de TPBi con un espesor de 65 nm y la capa de Al con

un espesor de 100nm. En la estructura tipo II, la primera capa es el anodo,

la segunda capa es una capa transportadora de huecos, la tercera capa es

una capa emisora, la cuarta capa es la capa transportadora de electrones y

finalmente se tiene el catodo. Como se puede ver, el primer dispositivo no

contiene la capa transportadora de electrones de TPBi, mientras que en el

segundo sı se incluye. En la figura 2.23 se muestra un esquema del dispositivo

fabricado. En el esquema la capa verde corresponde a las capas organicas,

la franja inferior es la capa conductora transparente de ITO que cumple la

funcion de anodo y las franjas superiores corresponden a capas de aluminio

que cumplen la funcion de catodo. Por cada sustrato se fabrican dos disposi-

tivos. El area efectiva del dispositivo corresponde al area de entrecruce entre

el anodo y el catodo. La emision de radiacion se debe producir a traves del

sustrato de vidrio sobre el que se depositan los dispositivos.

44

Figura 2.23: Esquema del dispositivo organico fabricado.

En la figura 2.24 se muestra la caracterıstica corriente-voltaje (I-V) del dispo-

sitivo tipo I. Se puede observar que la corriente aumenta con el voltaje, con un

voltaje de activacion del orden de 4,0 V. La curva presenta una caracterıstica

tıpica de los diodos en los que la corriente aumenta de manera exponencial

con el voltaje aplicado. El voltaje del dispositivo se aumento hasta que se

quemo el dispositivo y la corriente cayo al cero. La corriente maxima alcanza-

da fue del orden de 2, 5·10−4 A. Con el voltaje aplicado no se observo emision

de radiacion en absoluto.

En la figura 2.25 se muestra la caracterıstica I-V del dispositivo tipo II.

La caracterıstica obtenida es parecida a la obtenida con el dispositivo tipo

I, con la diferencia que la corriente medida a igual voltaje aplicado entre los

contactos externos fue menor en el dispositivo tipo II que en el dispositivo

tipo I, como se puede ver en la escala de corriente en la figura 2.25. El voltaje

de activacion del dispositivo es del orden de 3,0 V. Como la corriente medida

es un orden de magnitud menor que en el dispositivo tipo I, la curva no es

tan regular debido a la cercanıa del lımite de medicion del voltımetro utili-

zado para medir la caracterıstica y por tanto en esta grafica el ruido se hace

mas notable. La diferencia importante en este dispositivo tipo II esta en que

este sı presento emision de radiacion como se puede observar claramente en

la foto de la figura 2.26 en la que se muestra el dispositivo OLED emitiendo

45

radiacion.

Aquı es importante mencionar que a nuestro entender, el dispositivo OLED

de la figura 2.26 es el primer OLED de pequena molecula que se logra fabricar

en Colombia por el metodo de evaporacion termica en alto vacıo.

Figura 2.24: Caracterıstica I − V del dispositivo tipo I, sin la capa de TPBi


46

Figura 2.25: Caracterıstica I−V del dispositivo tipo II, con la capa de TPBi


Con la ayuda de un espectrofotometro se midio la curva de electroluminis-

cencia, obtenida aplicando una diferencia de potencial de 20V entre los dos

electrodos del dispositivo. La figura 2.27 muestra la curva de electroluminis-

cencia en la que se observa un pico de emision maxima en 531 nm. El eje

vertical representa la intensidad en unidades arbitrarias y el eje horizontal

representa la longitud de onda en nanometros. La curva de emision presenta

un ligero ensanchamiento hacia longitudes de onda mayores, lo cual sugiere

la presencia de estados energeticos presentes en la brecha de energıa dada

entre los niveles orbitales HOMO y LUMO de la capa emisora.

47

Figura 2.26: Dispositivo OLED tipo II en funcionamiento.

El valor del pico de emision de 531 nm, permite dar un estimado de la brecha

de energıa entre los orbitales moleculares HOMO y LUMO. En este caso se

obtiene el valor Eg = 2, 33 eV, correspondiente a color verde, como se puede

apreciar en la foto de la figura 2.26.

48

Figura 2.27: Intensidad vs Longitud de onda, con TPBi.

La diferencia en los valores de corriente obtenidos entre los dos dispositivos:

mayor en el dispositivo tipo I que en el dispositivo tipo II podrıa explicarse

teniendo en cuenta que en el dispositivo tipo II la capa de TPBi, que cumple

la funcion de transportadora de electrones, adicionalmente sirve de barrera

para que los huecos inyectados desde el electrodo de ITO no puedan pasar

derecho y por tanto queden acumulados donde se tiene la capa central emi-

sora donde se combinan con los electrones inyectados desde el contacto de

aluminio y de esta forma se generan los excitones que son los responsables

de la emision de radiacion al recombinarse nuevamente. En la figura 2.28

se muestra un diagrama de niveles de energıa de las diferentes capas en el

dispositivo que permite entender mejor la acumulacion de cargas en la capa

49

emisora.

Figura 2.28: Esquema de niveles de energıa de las capas en el dispositivo.

a) Dispositivo tipo I, b) dispositivo tipo II. Las lıneas azules representan los

orbitales HOMO y las rojas los orbitales LUMO..

En el dispositivo tipo I los huecos pueden pasar con relativa facilidad entre

los electrodos de ITO y Al, mientras que en el dispositivo tipo II los huecos

quedan bloqueados en la interfase entre la capa emisora y la capa de TP-

Bi, por lo que se generan los excitones que finalmente emiten radiacion al

recombinarse. En los dispositivos tipo I la corriente es mayor debido a que

los portadores de carga pasan a traves del dispositivo con mayor facilidad,

pero no se alcanzan a formar excitones para que se emita radiacion, lo cual

explicarıa por que no se observa emision en el dispositivo tipo I.

La degradacion se establece por manchas que se ven sobre la superficie de la

pelıcula depositada y en la medida que pasa el tiempo estas se hacen mas

grandes debido al medio ambiente. En el caso del dispositivo I comparado con

el dispositivo II, se noto que en el primero la degradacion fue mayor respecto

al dispositivo II, lo cual nos infiere que al tener mayor capas el dispositivo,

en nuestro caso de TPBi, la degradacion fue menor.

Todo el analisis anterior permite mostrar que la presencia de la capa organica

50

del compuesto TPBi facilita la formacion de excitones en la capa emisora y

por ende permite que el dispositivo emita radiacion y que esta capa es im-

prescindible para obtener dispositivos OLED eficientes con la arquitectura

propuesta. Desde luego este trabajo apenas empieza y se requerira mas in-

vestigacion experimental para explicar completamente los efectos fısicos que

se presentan en el dispositvo, con el fin de lograr mejoras en la eficiencia de

emision.

2.5. Reconocimientos

Con los datos evidenciados a lo largo del presente escrito, el trabajo parti-

cipo en V congreso nacional de Ingenierıa Fısica llevado a cabo en la semana

del 26 al 30 de septiembre de 2016, en la ciudad de Medellın Colombia, con

sede en la U. Nacional de Colombia sede Medellın y la Universidad EAFIT.

Se dejara en anexos la certificacion emitida por el congreso en mencion.

51

Parte III

Conclusiones del deposito de

TPBi

53

Capıtulo 3

Conclusiones y

Recomendaciones

3.1. Conclusiones

El objetivo fundamental de este trabajo de grado fue depositar y estudiar

capas del compuesto organico TPBi conocido como material idoneo para fa-

bricar capas transportadoras de electrones en dispositivos emisores, haciendo

uso de la tecnica experimental de deposicion termica en alto vacıo. Esto se

logro mediante el deposito de TPBi sobre sustratos de vidrio y Silicio, va-

riando la tasa de deposito y el espesor de la pelıcula. Ademas se logro la

fabricacion de dos dispositivos OLED de pequena molecula que se caracteri-

zaron tanto electrica como opticamente, haciendo uso de una capa de TPBi

en la posicion que normalmente se utiliza para la capa transportadora de

electrones en los dispositivos de este tipo. La capa de TPBi se coloco sola-

mente en uno de los dos dispositivos para determinar la influencia de esta

capa en las propiedades del dispositivo.

La caracterizacion morfologica cuando se vario la tasa de crecimiento de ca-

pas de TPBi, dejo como conclusion que a medida que se hace mas alta la tasa,

55

la superficie pierde caracterısticas de homogeneidad, mientras que a tasas de

crecimiento de 0,4 nm/s y 0,6 nm/s se obtuvieron superficies homogeneas.

Ademas cabe resaltar que para las tasas de crecimiento en mencion fue mas

facil tener estables las condiciones iniciales. Cuando se vario el espesor de la

pelıcula de TPBi, las pelıculas mas gruesas presentan un ligero aumento en

el error absoluto del grosor de la capa, lo que indica que se debe hacer un

pequeno ajuste en el programa que controla el deposito de las pelıculas. Aun

ası, estas pelıculas tienen superficies homogeneas, de acuerdo con las figuras

del ıtem 2.2.2.

La limpieza de los sustratos es una parte fundamental en los resultados como

se evidencia de las imagenes SEM de las pelıculas delgadas de TPBi, pues en

diferentes casos se pudo observar que la calidad de las pelıculas depositadas

disminuıa, dejando superficies no homogeneas como en la figura 2.18.

En la parte electro-optica se logro generar electroluminiscencia en un dis-

positivo OLED, sobre una area aproximada de 2,5 mm x 3 mm cuando se

incluyo una capa transportadora de electrones en el dispositivo. La impor-

tancia de incluir la capa de TPBi es que esta cumple la funcion de facilitar la

inyeccion de electrones desde el catodo con lo que se logra aumentar la densi-

dad de portadores de carga negativa necesaria para aumentar la formacion de

excitones, responsables de la emision en el dispositivo. Adicionalmente, esta

capa bloquea el paso directo de los huecos inyectados desde el anodo hacia el

catodo y de esta forma se evita que se pierdan como formadores de excitones.

Por ultimo, de acuerdo a nuestro conocimiento, se logro fabricar el primer

dispositivo OLED de pequena molecula por el metodo de evaporacion termi-

ca en Colombia. No se tiene conocimiento que a la fecha esto se haya logrado

en algun otro laboratorio del paıs con organicos de pequena molecula. En el

laboratorio de Nanoestructuras Organicas y Moleculares del Departamento

de Fısica, donde se realizo esta tesis, ya se habıa logrado emision en otro tipo

de dispositivos organicos anteriormente pero su nivel de emision fue bastan-

te bajo, al igual que su tiempo de vida. El dispositivo fabricado supera con

56

creces el anterior y deja el laboratorio con la infraestructura y conocimiento

necesarios para seguir en investigaciones mas avanzadas sobre el tema.

3.2. Recomendaciones

Para futuros trabajos a realizarse con el material organico TPBi, se reco-

mienda trabajar con tasas de crecimiento de 0,4 nm/s y 0,6 nm/s, ya que

las condiciones iniciales de programacion son mas faciles de mantener duran-

te el deposito, ası como se sugiere realizar un estudio con la variacion de la

capa de TPBi para saber si se puede obtener mejoras en el dispositivo del

cuadro 2.6.

57

Anexos

A continuacion se adjunta el certificado del V congreso nacional Ingenierıa

Fısica

59

Bibliografıa

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