CN101316464B - 同步光泵浦的有机薄膜晶体管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步光泵浦的有机薄膜晶体管，涉及一种有机薄膜晶体管。该晶体管是在有机薄膜晶体管的上方增设同步泵浦光源(6)。同步泵浦光源(6)的电压与有机薄膜晶体管栅极电压同步控制。该晶体管可用于光电子器件的驱动电路或开关电路。本发明可提高薄膜晶体管的开关电流比和增加输出电流。

Description

同步光泵浦的有机薄膜晶体管

技术领域

本发明涉及一种有机薄膜晶体管。

背景技术

2000年，美国的《科学》杂志将有机电子学取得的进展列为2000年十大科技成果之一，这些成果中包括人类基因组草图、克隆技术等重大发现。同一年诺贝尔化学奖授予了黑格尔、麦克迪亚米德、白川英树等人，奖励他们在有机电子学、有机/聚合物研究方面取得的重大突破。因此人们有理由相信：随着有机电子学研究的深入，有机电子器件制备工艺的完善，一个新的时代——有机电子时代必将到来。有机半导体材料和器件的应用研究包括有机薄膜晶体管、有机电致发光显示器、有机太阳能电池、有机激光器、有机传感器和有机存储器等。有机电致发光屏已经进入产业化阶段。场效应晶体管是当今高速发展的半导体微电子技术、通信技术以及显示技术的核心。有机半导体材料组成的有机场效应晶体管(又称有机薄膜晶体管)，则是有机电子技术(又称塑料电子技术)的基础。有机电子技术由于其制备成本低，可大面积生产并与大规模集成电路相兼容等特点，使其特别适用于低投资成本大面积应用的消费类电子以及有机矩阵显示阵列。另外，有机材料一般可低温生长，并具有良好的机械强度与柔韧性，是柔性基底的电子电路与柔性显示的最佳选择。目前基于有机半导体材料的有机薄膜晶体管性能已经达到a-Si的水平，大大提升了其在电子领域的应用前景。例如有机薄膜晶体管驱动的有机矩阵液晶显示屏(OTFT-AMLCD)、有机薄膜晶体管驱动的有机矩阵有机发光显示屏(OTFT AMOLED)、智能卡(SmartCard)、价格标签(Price Tags)、货物标签(Inventory Tags)以及大面积传感器阵列(Large-Area Sensor Arrays)等。

不同于目前液晶显示技术中应用的电压源驱动技术，有机电致发光屏必须采用电流源驱动技术。这就要求驱动电路可以提供足够的电流才能高亮度的电致发光器件。而目前商业非晶硅TFT是n-沟道器件，采用两个TFT和一个存储电容的简单电路可以构成电压源和电流源两种电路，其中电流源电路需要与发光二极管交叉加工，不适合商业使用。目前不得不采用更多的TFT来构造出电流源电路，但是受非晶硅载流子迁移率的限制，这个电路占每个像素的面积比较大，这就大大压缩了发光二极管的面积，使整个显示屏的开口率大大降低。而有机薄膜晶体管可实现p-沟道和n-沟道工作模式，采用两个TFT和一个存储电容的简单电路可以构成电流源电路，且电流源与发光二极管是接续加工，适合商业需要。随著有机材料发光效率的提升，在固定亮度的条件下，驱动电流有所降低。但低电流的驱动之下，电路中存在于电极上的寄生电容，将会严重影响信号写入的充放电时间，造成影像质量下降(或闪屏现象)的问题。因此提高有机薄膜晶体管的输出电流是实现高性能有机矩阵显示的必然要求。

虽然有机薄膜晶体管的载流子迁移率(影响晶体管响应速度的主要参数)和开关电流比已经基本达到产业化的要求，但有机薄膜晶体管的驱动能力还需要进一步加强。目前报道的有机薄膜晶体管中载流子迁移率主要在1cm²/v·s左右，与单晶中的迁移率相比，通过提高薄膜的有序性和优化器件结构还有很大的提高空间。而且液晶显示器中应用的非晶硅薄膜晶体管的阈值电压在0伏左右，因此能在比较低的驱动电压下(10伏)可以达到满足驱动液晶像素的开态电流(＞10^-6安以上)的要求。而报道的有机薄膜晶体管的阈值电压基本在5V以上，主要在10伏以上。要在比较低的电压下驱动液晶像素还比较困难，而有机发光二极管像素对驱动电流密度的要求更高，电流密度的大小决定了像素的发光亮度，因此提高有机薄膜晶体管的输出电流可以增加对有机器件的驱动能力。

但是要想得到能产业化应用的有机薄膜场效应晶体管，主要有以下两个关键点

1.提高有机薄膜晶体管的输出电流。

2.提高有机薄膜晶体管的开关电流比。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高有机薄膜晶体管的输出电流和提高有机薄膜晶体管的开关电流比，提供一种同步光泵浦的有机薄膜晶体管。

本发明的依据是有机太阳能电池的原理，在光激发下可以在有机层内部产生光生载流子，增大有机层内部的载流子数目，从而提高有机薄膜晶体管的输出电流和开关电流比。

本发明的技术方案是：

同步光泵浦的有机薄膜晶体管，包括有机薄膜晶体管，其特征在于：在有机薄膜晶体管的上方增设同步泵浦光源。

泵浦光源与有机薄膜晶体管栅极电压同步控制。

本发明的有益效果：

在有机薄膜晶体管上面增设同步泵浦光源，提高有机薄膜晶体管的输出电流和开关电流比。

附图说明

图1同步光泵浦的有机薄膜晶体管器件结构示意图；

图2栅压分别为12V和17V时，器件在光泵浦与黑暗两种情况下输出曲线；

图中：在栅极1；薄膜晶体管的绝缘层2；薄膜晶体管的有机层3；源电极4和漏电极5；同步泵浦光源6。

具体实施方式

如图1所示的同步光泵浦的有机薄膜晶体管结构示意图。

该器件是在栅极1之上制备有机薄膜晶体管的绝缘层2，在绝缘层上制备有机层3，在有机层上制备源电极4和漏电极5，泵浦光源6在晶体管有机层正上面1mm～5mm处。

栅极1采用的是ITO玻璃，绝缘层2可采用SiO₂、Al₂O₃或PMMA等，有机层3可采用并五苯或酞菁铜等，源电极4和漏电极5可采用Al、Cu、Ag或Au等。

在上述制备的有机薄膜晶体管的上方增设同步泵浦光源6。

具体的测试方法就是在原来测量有机薄膜晶体管的基础上，在晶体管有机层上方增设泵浦光源，将晶体管的栅压和泵浦光源的电压同时接通或断开，就可以实现泵浦光源与有机薄膜晶体管栅极电压同步控制。

图2栅压分别为12V和17V时，器件在光泵浦与黑暗两种情况下输出曲线；在相同栅压下，有无同步泵浦光时，有机薄膜晶体管输出电流的比较，从图中可以看到当有泵浦光时，晶体管的输出电流比没有泵浦光的输出电流大2-3个数量级。

Claims (1)

1.同步光泵浦的有机薄膜晶体管，包括有机薄膜晶体管，其特征在于：在并五苯或酞菁铜为有机层的有机薄膜晶体管的上方增设同步泵浦光源(6)，将晶体管的栅极电压和泵浦光源(6)的电压同时接通或断开以实现同步控制。

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