Fabricación y caracterización de películas delgadas de Alq3

Fabrication and Characterization of Alq3 Thin Films

Películas delgadas de Alq₃ (tris (8-hidroxiquinolato) de aluminio) se depositaron sobre vidrio mediante evaporación térmica con el fin de establecerlas tasas de evaporación óptimas para depositar películas entre 30 a 120 nm sobre un sustrato a temperaturas entre 60 y 120°C. Las películas fueron caracterizadas mediante microscopía SEM y perfilometría para comparar el espesor obtenido in-situ mediante un cristal de cuarzo; adicionalmente se realizaron medidas de fotoluminiscencia.

1 INTRODUCCIÓN

Nuevas tecnologías como las que usan diodos orgánicos emisores de luz OLED´s (Organic Light Emitting Diodes) evidencian un gran potencial para reemplazar las LCD´s (Liquid Crystal Displays), gracias a sus bajos costos de fabricación, menores temperaturas de procesamiento y que se pueden depositar sobre sustratos flexibles cubriendo grades áreas[1].

Para la fabricación de un OLED se cuenta con diferentes técnicas dependiendo del tipo de material semiconductor orgánico que se tenga. Si los materiales son poliméricos se suelen fabricar OLED´s por spin coating, pero si el material es de pequeña molécula se realiza evaporación térmica.

Independiente de la técnica de fabricación de un OLED, la estructura debe contar con al menos un electrodo transparente (para permitir la salida de luz) y capas de materiales semiconductores orgánicos que presenten propiedades transportadoras (de huecos y de electrones) y/o electroluminiscentes.

Uno de los materiales más usados como película electroluminiscente y transportadora de electrones en los OLEDs es el tris(8-hidroxiquinolato) de Aluminio Alq₃. Este es un semiconductor orgánico de pequeña molécula con fórmula Al(C₉H₆NO)₃, cuya estructura molecular se ilustra en la Figura 1. En esta molécula el grupo fenoxido forma los orbitales enlazantes tipo π, con un valor de HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) cercano a -5,6 eV, mientras que el grupo piridino forma los orbitales antienlazantes π*, con un valor de LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) cercano a -3,1eV.[2]

Los iones de Al+ del Alq₃ con los tres ligantes se convierten en aceptores de electrones, lo que lo convierte en un semiconductor tipo n. Su movilidad de electrones es del orden de (2 ± 2) x 10^-5cm²=V s y tiene un de ancho de banda prohibido (E_gap) de 2,5 eV[2].

En la fase α (típicamente emisora) el Alq₃ posee dos isómeros geométricos: el meridional y el facial. Dependiendo las condiciones de evaporación las películas de Alq₃ pueden presentar uno u otro isómero, lo que afecta la luminiscencia del material, haciendo que se varie su espectro fotoluminiscente entre los 450 y 545 nm [3][4], es decir, entre azul y cian, lo que afecta la eficiencia del dispositivo OLED.