CN101546813A

CN101546813A - 一种底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管及其制备方法

Info

Publication number: CN101546813A
Application number: CN200910068344A
Authority: CN
Inventors: 程晓曼; 胡子阳; 吴仁磊
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2009-09-30

Abstract

一种底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管及其制备方法。有机发光效应晶体管为底栅极垂直结构，有机光发射单元垂直堆叠在电容单元上，通过一个共有的源电极构成，其结构依次为：衬底、栅电极、电介质绝缘层、源电极、氧化层、有机发光复合功能薄膜层和漏电极。其制备方法是：在刚性或柔性衬底上制备栅电极，甩膜或蒸镀绝缘层，在绝缘层上蒸镀源电极，接着蒸镀有机发光复合功能薄膜层，最后蒸镀漏电极。采用该结构有机发光场效应晶体管，制作工艺简单，可将载流子的导电沟道缩减至一百纳米左右，载流子通道面积大大增加，实现集光发射和传统的效应管调节作用于一体的多功能，在低的工作电压下对光发射的控制，起到利用效应管驱动发光单元的作用。

Description

一种底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管及其制备方法

【技术领域】：

本发明属于有机电子器件技术领域，涉及有机发光场效应晶体管的构型和制备方法。

【背景技术】：

近年来有机发光二极管和有机场效应晶体管等有机电子器件以其质量轻，柔性，可低成本批量生产等诸多优点而受到了人们极大的关注。有机发光二极管的研究主要用于未来的平板显示，而有机场效应晶体管则可应用于平板显示的有源驱动单元。将光发射和传统晶体管调节电流作用集成于一体的多功能有机发光晶体管可以为实现未来真正的全有机高集成的电子器件奠定基础。然而有机材料与生俱来的低载流子密度和迁移率，导致传统的横向结构有机场效应晶体管输出电流很低，即使在高的工作电压下，难以满足有机发光二极管驱动的需要。为了提高传统横向结构有机场效应晶体管的高输出电流，通过减少横向沟道长度和提高载流子通道横截面积是工艺上的两种常见途径。但就目前的工艺水平而言，仍是一个巨大的挑战。垂直堆叠式结构的有机晶体管(VOFET)，可以实现低工作电压下高的输出电流，从而为更好的解决有机发光二极管有源矩阵驱动提供了可能。其良好的工作性能主要是因为采用垂直结构，从而将载流子的导电沟道缩减至一百纳米左右(蒸镀的有机层厚度)，载流子通道面积也大大增加，最终可以实现低工作电压下高的输出电流。因此制备新型结构有机场效应晶体管并利用其控制有机发光二极管成为一个重要的研究方向。

【发明内容】：

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种底栅极垂直结构的有机发光场效应晶体管及其制备方法。

本发明制备的有机发光场效应晶体管采用一种底栅极垂直集成方案，集光发射和传统的晶体管调节作用于一体，可实现器件在低的栅电极工作电压下对光发射强度的控制，驱动发光单元的发光。

本发明提供的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管包括电容单元和有机光发射单元，有机光发射单元垂直堆叠在电容单元上；所述的电容单元依次包括衬底层、底栅电极层、电介质绝缘层和源电极，所述的有机光发射单元依次包括源电极、有机发光功能复合层和漏电极，电容单元和有机光发射单元通过中间共有的源电极连在一起。

所述的衬底层为柔性或刚性的透明材料。底栅电极层、源电极和漏电极为透明导电材料。其中源电极厚度为20nm并且表面粗糙，其粗糙度与厚度差不多。使其与有机发光功能复合层接触形成大的载流子注入势垒。

所述的电介质绝缘层为有机物、无机物或有机物与无机物的混合物。所述的有机发光功能复合层包括：空穴传输层和发光层。

本发明材料选用为Glass/ITO/PI/Cu/NPB/AlQ/LiF/Al。

本发明提供的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管的制备方法包括以下步骤：

第一、电容单元的制备：选择带有玻璃衬底的ITO作为底栅电极，甩膜或蒸镀一层电介质绝缘层，然后沉积源电极；

第二、有机光发射单元的制备：在第一步制备的电容单元的源电极上面沉积有机发光功能复合层，然后再沉积漏电极。

本发明的优点和积极效果：

本发明制备的有机垂直光发射晶体管兼具有机发光二极管的发光和晶体管的开关调节两个功能。当电容单元被充电时，积累在源电极的电荷能有效的调节源极与有机层之间的载流子注入势垒，从而达到控制源漏输出电流大小的目的，最终控制光发射单元发光的强度。器件可提供0.2mA的输出电流，其大小足以驱动发光单元发光，器件的工作电压大小(开启电压)为6V。此种垂直集成的方案，实现了器件的多功能化，为有源矩阵OLED平板显示的实际应用提供了一种新的解决方法。

【附图说明】：

图1是底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管结构示意图。

图中，1为衬底层，2为底栅电极层，3为电介质绝缘层，4源电极，5为空穴传输层，6为发光层，7为漏电极。

【具体实施方式】：

实施例1：Glass/ITO/PI/Cu/NPB/AlQ/LiF/Al有机发光场效应晶体管。

该发光场效应晶体管的结构如图1所示，包括电容单元和有机光发射单元，有机光发射单元垂直堆叠在电容单元上；所述的电容单元依次包括衬底层1、底栅电极层2、电介质绝缘层3和源电极4，所述的有机光发射单元依次包括源电极4、有机发光功能复合层(由空穴传输层5和发光层6构成)和漏电极7，电容单元和有机光发射单元通过中间共有的一个源电极4连在一起。

实施例2、底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管的制备方法

1.电容单元制备：选择玻璃做衬底层1，其表面镀上有图案化的电阻率为10Ω/□的ITO作为底栅电极层2；

稀释后的聚酰亚胺(PI)旋涂在ITO上充当电介质绝缘层3，设定转速为3000转/分成膜，膜厚为350nm，使单位电容较大，其电容单元效果好。旋涂好的基片先在红外箱中干燥5分钟，然后在氩气保护气体下，220℃退火处理3小时。

真空蒸镀半透明的铜为源电极4(相当于OLED的阳极)，膜厚为20nm，源电极制备要求很薄(20nm)并且粗糙，其粗糙度与厚度差不多，与有机发光功能复合层接触形成大的载流子注入势垒。然后将Cu电极紫外处理3小时以上，形成一层薄的铜氧化物。

2.有机光发射单元制备：有机发光功能复合层选用N，N’-biphenyl-N，N’-bis(1-naphthyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’diamine(NPB60nm)作为空穴传输层，Tris(8-quinolinolato)aluminum(AlQ40nm)作为电子传输层和发光层6，Al/LiF(120/0.8nm)作为漏电极7(相当于OLED的阴极)，依次进行真空沉积。真空系统真空度维持在2×10-4Pa以下。为保证栅源漏三电极的很好重叠，需精确校准掩膜。镀膜速率和膜厚由FTM-V型膜厚检测仪监控，光电流-电压和电流-电压特性曲线由Keithley2400电源及Keithley485微电流计组成的测试系统测量，所有测试均在室温常压下进行。

实验结果表明，在源漏电压一定时，当施加的栅极电压达到一定的电压值时，可起到传统的场效应管的开关电流的功能。通过控制栅极电压的大小就可以调节流过源漏电极的电流，从而控制发光强度。当固定源漏电压为8V，栅极电压低于-4V时，器件的输出电流在1×10^-5A以下还不足以驱动光发射单元发光，光电流几乎为零。但当栅极电压扫描达到-6V时，器件的输出电流增大到3×10^-5A，观察到光发射单元开始发光。当扫描栅极电压逐渐增大到10V时，器件的发光越来越亮，光电流增加到1.4×10^-7A，源漏电流达到0.2mA，器件的电流开关比约10³。

Claims

1.一种底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管，其特征在于该有机发光场效应晶体管包括电容单元和有机光发射单元，有机光发射单元垂直堆叠在电容单元上；所述的电容单元依次包括衬底层、底栅电极层、电介质绝缘层和源电极，所述的有机光发射单元依次包括源电极、有机发光功能复合层和漏电极，电容单元和有机光发射单元通过中间共有的源电极连在一起。

2.根据权利要求1所述的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管，其特征在于所述的衬底层为柔性或刚性的透明材料。

3、根据权利要求1所述的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管，其特征在于所述的底栅电极层、源电极和漏电极为透明导电材料。

4、根据权利要求3所述的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管，其特征在于所述的源电极厚度为20nm，并且表面粗糙，使其与有机发光功能复合层接触形成大的载流子注入势垒。

5、根据权利要求1所述的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管，其特征在于所述的电介质绝缘层为有机物、无机物或有机物与无机物的混合物。

6、根据权利要求1所述的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管，其特征在于所述的有机发光功能复合层包括：空穴传输层和发光层。

7、一种权利要求1所述的底栅极垂直结构有机发光场效应晶体管的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一、电容单元的制备：选择刚性或柔性的透明衬底，然后在衬底上蒸镀底栅电极，甩膜或蒸镀一层电介质绝缘层，然后沉积源电极；

8、根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于源电极上面沉积的有机发光功能复合层依次包括：空穴传输层和发光层。