CN100589258C - 垂直构型有机/无机复合发光晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
垂直构型有机/无机场效应发光管及其制备方法，即在刚性或柔性衬底上蒸镀导电电极作为栅极，然后将无机介电绝缘材料通过电子束蒸发或磁控溅射等方法蒸镀到栅极上，再将导电源极通过掩模板的方法蒸镀到无机介电绝缘层上，再用热蒸发等办法蒸镀有机功能层，最后蒸镀透明导电漏极完成场效应发光管器件的制备。该有机/无机场效应发光管由于使用了垂直结构，制作工艺简单，无需光刻等复杂工艺。沟道长度可以作得很薄因而可大大提高发光管器件的“开/关”电流比。对于质轻、价廉及可与柔性衬底相兼容的有机材料，更有利于提高有机膜的有序性和场效应迁移率，工作电压低、响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及场效应发光管技术，具体地讲是一种垂直构型有机/无机复合发光晶体管及其制备方法。
背景技术
众所周知，场效应晶体管的工作模式通常为单极载流子模式，但双极工作模式也是可能的。1975年，Neudeck和Malhotra首次报道了α-Si:H薄膜晶体管的双极工作模式。之后，有人报道了双极工作模式的非晶硅薄膜晶体管。1992年出现了基于InGaAs/AnAlAs/InGaAs异质结的第一个无机发光(晶体)管，但这个器件中的控制电流是用来产生光的。1996年双层薄膜晶体管问世，其工作原理接近于双极工作模式。除了特殊的电学性质(正、负电压的对称行为)之外，原则上，载流子的复合可产生光发射。
值得一提的是，在
发表了一系列的文章之后，希望能融合有机发光二极管和有机场效应晶体管来制备有机场效应发光管的需求不断增加，其目标是要得到简化的有机主动矩阵显示。场效应发光管是一种集发光和晶体管的“开/关”功能于一体的光电子器件。有机场效应发光管在发光器件、光互联的有机集成电路和有机激光二极管中具有多种潜在的应用。有机场效应发光管不仅能增加发光单元像素点的孔径，而且由于开关晶体管数量的减少而使得主动矩阵显示的制造费用不高。再者，通过栅压来控制载流子积累及连续地从源极和漏极注入载流子，这是给有机层提供载流子的一种独特方法。
原则上，与发光二极管相比，场效应发光管中栅极的存在提供了许多优点：对于双极发光材料，栅极电压将减小功能层中电子和空穴数量的不平衡---这是获得高激子密度的至关重要的因素。而且，通过栅压可控制晶体管沟道中激子复合区的位置，以减少金属电极处激子的猝灭。近年来，有机场效应晶体管的电致发光取得了重要进展。基于并四苯多晶薄膜的底接触型有机场效应发光管，在所谓的“p型”驱动条件下，它具有从源极和漏极分别注入空穴和电子的双注入特性。Ahles等人在相似的有机场效应发光管的器件结构中观察到了poly(9，9-diethylhexyl-fluorence)的电致发光。他们都认为有机层与欠刻蚀的Au电极之间的高电场能引起较大的电子注入。另外，Misewich等人也观察到了以碳纳米管为发射极的双极薄膜晶体管的红外光发射。最近，Sakanoue等人也成功地获得了以MEH-PPV为活性层的底接触型有机场效应发光管的电致发光，实验表明非对称的源-漏电极(Al/Au)能极大地增强电致发光效率。有人也观察到了以2，4-bis(4-(2’-thiophene-y1)phenyl)thiophene为活性层的有机场效应发光管的电致发光，其最大外量子效率为6.3×10-3％，源、漏电极之间的沟道长度很短(约0.8μm)。此外，Nakamura等人报道了一种通过简单过程得到的以塑料为衬底的、高性能的金属-绝缘体-半导体类型的有机场效应发光管。塑料衬底上的场效应发光管将为具有晶体管“开/关”功能并能发光的柔性器件开辟道路。
以上报道的这些有机场效应发光器件都采用传统的场效应晶体管结构，在制作过程中仍需光刻工艺，这会对有机薄膜的有序性产生一定的影响，进而影响器件的整体性能；同时，源、漏电极的接触电阻和沟道电阻也是影响器件性能的主要因素。因此，很有必要对有机场效应发光管的结构进行改造，以便提高场效应发光管的性能。
发明内容
本发明的目的就是提供一种垂直构型有机/无机复合发光晶体管及其制备方法，这种垂直结构的场效应发光管能克服传统结构的薄膜发光管的诸多缺点。
本发明所采用的技术方案是：
一种垂直构型有机/无机复合发光晶体管，采用垂直结构，在ITO栅极(2)的衬底(1)上，有无机介电绝缘层(3)和无机层(5)；在无机介电绝缘层(3)与无机层(5)之间，有导电电极薄层(4)；在无机层(5)上有透明导电电极(7)；在无机层(5)和透明导电电极(7)之间有一层有机功能层(6)。
本发明有机/无机场效应发光管采用垂直结构，即：
在ITO栅极的衬底上，有无机介电绝缘层和有机功能层；
在无机介电绝缘层与有机功能层之间，有导电源极；
在有机功能层上有导电漏极。
一种垂直构型有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于其步骤如下：
步骤(1)在某一衬底上，制备导电电极作为栅极；
步骤(2)将无机介电绝缘材料通过电子束蒸发或磁控溅射权利方法蒸镀到导电电极上；
步骤(3)利用热蒸发方法、通过掩模板的方法将金属电极蒸镀到无机介电绝缘层上作为源极，具有一定的厚度；
步骤(4)待冷却后，再在源极上用热蒸发方法依次蒸镀无机层材料和有机功能层发光层材料；
步骤(5)接着蒸镀透明导电电极作为漏极，从而完成器件的制备；
无机介电绝缘层为多层无机绝缘层的组合；导电电极是多层金属及金属合金的组合；有机功能层为多层有机材料的组合层。
或步骤如下：
(1)清洗ITO玻璃片，制作ITO电极作为场效应发光管的栅极；通过掩模板的方法将栅极沉积在柔性衬底或钢性衬底上；
(2)通过电子束蒸发或磁控溅射的方法，将无机介电绝缘层材料蒸镀到清洗好的ITO栅极上；有的无机绝缘材料也可通过分子束外延和激光脉冲沉积的方法成膜；
(3)利用热蒸发的方法并通过掩模板将金属电极蒸镀到无机介电绝缘层上，形成一定厚度的导电层作为源极；
(4)用热蒸发的办法在源极上蒸镀有机功能薄膜层；
(5)将透明导电电极材料蒸镀到有机功能薄膜层上作为漏极，从而完成整个发光管器件的制备。
本发明的优点是：由于是用介电常数很高的无机材料来充当绝缘层，能有效增加场效应发光管中的电容单元(即栅极与源极所夹的无机介电材料层)的单位电容量。垂直构型场效应发光管的制作工艺简单，无需光刻等复杂工艺，沟道长度可以作得很薄，因而可以大大提高场效应发光管器件的“开/关”电流比。对于质轻、价廉及可与柔性衬底相兼容的有机材料，更有利于提高有机膜的有序性和场效应迁移率，工作电压低、响应速度快。本发明利用有机材料和无机材料以及垂直构型场效应晶体管的各自优点并发挥它们集合在一起后的优势。势，制备出响应速度快、性能优良的垂直构型有机/无机场效应发光管。
附图说明
图1、2分别为本发明的刚性衬底上和柔性衬底上的垂直构型有机/无机场效应发光管结构图(发光层由有机层组成)。
图3为垂直构型有机/无机场效应发光管的制备方法方框简图。
图4、5为本发明的刚性衬底上和柔性衬底上的垂直构型有机/无机场效应发光管结构图(发光层由无机层/有机层组成)。
具体实施方式
实施例1：如图1、2、3所示，其步骤如下：
(1)清洗ITO玻璃片，通过腐蚀的方法制备出ITO电极作为栅极。本实施例可选择通过刻蚀等方法制备的ITO电极为栅极。
(2)将SiO2介电绝缘层通过电子束蒸发的方法蒸镀到清洗好的ITO电极基片上，厚度为150～300nm。
(3)通过掩模板，用热蒸发等方法将金属Au蒸镀到Si02介电绝缘层上，厚度为100～200nm。
(4)在Si02介电绝缘层上用热蒸发的方法蒸镀有机发光层Alq3，厚度100～200nm。
(5)蒸镀透明导电漏极---Mg:Ag合金，完成场效应发光管的制备。
依据以上方法，我们得到了如下的垂直构型有机/无机场效应发光管Glass/ITO/SiO2(250nm)/Au(30nm)/Alq3(100nm)/Mg:Ag，即：
在ITO栅极2的玻璃基片1上，有一层无机(SiO2)绝缘层3和一层有机(Alq3)发光层5，且在无机绝缘层3与有机发光层5之间，有一层金属(Au)源极4，在有机发光层5上镀有透明导电(Mg:Ag合金)漏极6。值得注意的是，可通过优化器件各功能层的厚度，特别是关注第(2)、(3)、(4)步，优选出合适的器件结构，可制备出响应速度快、性能优良的垂直构型有机/无机场效应发光管。
实施例2：如图5所示，步骤与实施例1类似，只是该场效应发光管中的发光层不仅包括一层有机材料，而且还包括一层无机材料，是有机/无机组合层，即衬底1/栅极2/介电层3/源极4/无机层5/有机层6/漏极7。在有机玻璃(PET)衬底1上蒸镀金属(如Au)电极作为栅极2，然后在Au栅极2上蒸镀一层无机(TiO2)绝缘层3，然后是一层金属(Au)源极4，接着是一层无机层5和有机(MEH-PPV、Alq3等)发光层6，再在有机发光层6上镀有导电漏极7。柔性衬底上的场效应发光管将为具有晶体管“开/关”功能并能发光的柔性器件开辟道路，并具有广阔市场。
当然，刚性衬底(图4)还可以是高掺杂的硅片衬底。这样，可以与已成规模的硅技术相兼容。
Claims (8)
1.一种垂直构型有机/无机复合发光晶体管，其特征在于其采用垂直结构，在ITO栅极(2)的衬底(1)上，有无机介电绝缘层(3)和无机层(5)；在无机介电绝缘层(3)与无机层(5)之间，有导电电极薄层(4)；在无机(5)上有透明导电电极(7)；在无机层(5)和透明导电电极(7)之间有一层有机功能层(6)。
2.如权利要求1所述的垂直构型有机/无机复合发光晶体管，其特征在于有机功能层(6)是发光层，透明导电电极(7)为漏极。
3.一种垂直构型有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于其步骤如下：
步骤(1)在某一衬底上，制备导电电极作为栅极；
步骤(2)将无机介电绝缘材料通过电子束蒸发或磁控溅射权利方法蒸镀到导电电极上；
步骤(3)利用热蒸发方法、通过掩模板的方法将金属电极蒸镀到无机介电绝缘层上作为源极，具有一定的厚度；
步骤(4)待冷却后，再在源极上用热蒸发方法依次蒸镀无机层材料和有机功能层发光层材料；
步骤(5)接着蒸镀透明导电电极作为漏极，从而完成器件的制备；
无机介电绝缘层为多层无机绝缘层的组合；导电电极是多层金属及金属合金的组合；有机功能层为多层有机材料的组合层。
4.根据权利要求3所述的垂直构型的有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，导电栅极或源极直接蒸镀到玻璃片上，或直接沉积到高掺杂的硅片上；衬底是刚性衬底，或是柔性衬底。
5.根据权利要求3所述的垂直构型有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于在步骤(2)中，对于不能用电子束蒸发或磁控溅射方法成膜的无机介电材料，通过分子束外延和激光脉冲沉积其他方法成膜。
6.根据权利要求3所述的垂直构型有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于在步骤(3)中，源极或栅极是一种或多种金属或合金的薄膜。
7.根据权利要求3所述的垂直构型有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于在步骤(4)中，对于无机层材料，用电子束蒸发、磁控溅射、分子束外延和激光脉冲沉积方法成膜；对于有机功能层材料，用甩膜方法成膜。
8.根据权利要求3所述的垂直构型有机/无机复合发光晶体管的制备方法，其特征在于在步骤(5)中，用于输出光的漏极，必须是透明及半透明电极；如果源极和栅极都是透明导电电极，则复合发光晶体管的电致发光从漏极的另一端输出。
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