CN101630717B - 能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构 - Google Patents
能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101630717B CN101630717B CN2008101167406A CN200810116740A CN101630717B CN 101630717 B CN101630717 B CN 101630717B CN 2008101167406 A CN2008101167406 A CN 2008101167406A CN 200810116740 A CN200810116740 A CN 200810116740A CN 101630717 B CN101630717 B CN 101630717B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- organic
- layer
- frequency light
- type
- low
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
一种能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，由以下部分组成：一N型层；一本征层，该本征层生长在N型层上；一P型层，该P型层生长在本征层上；一有机空穴注入层，该有机空穴注入层生长在P型层上；一有机空穴传输层，该有机空穴传输层生长在有机空穴注入层上；一有机发光层，该有机发光层生长在有机空穴传输层上；一阴极，该阴极生长在有机电子传输层上的一侧；一N型欧姆接触层，该欧姆接触层蒸发在N型层背面的一侧；上述器件能够在外界偏压下将无机红外光探测结构探测到的低频红外光转换成由有机发光二极管发射的可见光。
Description
技术领域
本发明涉及到一种有机-无机复合器件结构，具体涉及一种在无机光探测结构上分子外延出一层有机发光二极管薄膜结构，可以在外界偏压的作用下将探测到的低频红外光上转换成高频可见光发射，用于红外探测显示。
背景技术
对近红外波长区域的成像器件，尤其是被称为在视力无害区域(1.5μm左右)的成像在军事和商业领域正越来越受人关注。其红外成像应用于夜视，掩蔽物侦察，山脉探测，半导体晶片检查等众多方面。目前对于红外探测的成像集中在使用电荷耦合器件(CCD)把光学影像转化为数字信号，数字信号传输给计算机后借助于计算机的处理手段形成图像。这其中通过计算机将光探测器结构与最终显示结构联系起来，过程较复杂。
有机电致发光二极管(OLED)具有材料选择范围宽、驱动电压低、全固化主动发光、重量轻、工作温度范围宽和可制作在柔软衬底上等特点，能够满足当今信息时代对显示技术更高性能和更大信息容量的要求，成为目前科学界和产业界最热门的课题之一。
由于有机电致发光二极管薄膜结构在无机衬底上也具有很好的成膜性和较好的器件性能。所以在无机探测结构上直接外延出有机电致发光二极管薄膜结构可以将无机探测器产生的载流子直接用于有机电致发光，用于红外探测显示。
Kruse于1967年最早提出利用半导体材料能带结构设计出光频率的上转换器思想，此后一段时间，研究集中于无机材料间能带的设计以实现光频率的上转换。但无机材料间需要晶格尺寸的匹配，这极大地限制了器件的使用范围。1991年，Masahiro Hiramoto在无机碳化硅薄膜上外延有机电致发光薄膜实现了红光到绿光的频率上转换。2007年，H.C.Liu通过直接在无机探测结构上外延出有机电致发光薄膜，实现红外线到可见光的频率上转换，能量的转换效率为0.7％。
在这种有机-无机复合器件结构中，有机-无机材料界面处载流子注入成为影响器件性能的关键因素，无机探测结构与有机电致发光薄膜接触的是P型砷化铟镓(P-In0.53Ga0.47As)，其价带位置约为5.15ev，空穴注入到有机电致发光薄膜中的酞氰铜层中，相应的酞氰铜的最高占有轨道(HOMO)能级为5.2ev，能级差很小，基本可以保证空穴在外界偏压的作用下注入到有机电致发光薄膜中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现低频光到高频光转换的有机一无机复合器件结构，具体来说是在无机光探测结构上分子外延出一层有机发光二极管薄膜结构，可以在外界偏压的作用下将探测到的低频红外光上转换成高频可见光发射，用于红外探测显示。
本发明提供一种能实现低频光到高频光转换的有机一无机复合器件结构，所述的器件分为下层无机红外光探测结构和上层有机发光二极管结构，其特征在于，由以下部分组成：
一N型层；
一本征层，该本征层生长在N型层上；
一P型层，该P型层生长在本征层上；
一有机空穴注入层，该有机空穴注入层生长在P型层上；
一有机空穴传输层，该有机空穴传输层生长在有机空穴注入层上；
一有机发光层，该有机发光层生长在有机空穴传输层上；
一阴极，该阴极生长在有机电子传输层上的一侧；
一N型欧姆接触层，该欧姆接触层蒸发在N型层背面的一侧；
上述器件能够在外界偏压下将无机红外光探测结构探测到的低频红外光转换成由有机发光二极管发射的可见光。
其中所述的N型欧姆接触层为金锗镍合金，厚度为300nm。
其中所述的N型层为N型的磷化铟，厚度为400-500微米
其中所述的本征层为本征砷化铟镓，厚度为1.5-2微米。
其中所述的P型层为以下任一种材料：P型砷化铟镓、P型砷化铟铝或P型磷化铟，厚度为150-200纳米。
其中所述的有机空穴注入层为以下任一种材料：4，4’，4”-三{N，-(3-甲基苯基)-N-苯胺}-三苯胺、酞氰铜、聚-N-乙烯基咔唑或聚(3，4-二氧乙基噻吩)：聚(对苯乙烯磺酸)。
其中所述的有机空穴传输层为以下任一种材料：N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺或N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺。
其中所述的有机发光层为任意可发绿光的材料，厚度为60-70纳米。
其中所述阴极为银、氟化锂/铝或金，厚度为20纳米。
其中由有机空穴注入层、有机空穴传输层、有机发光层和阴极组成的有机发光二极管结构的总厚度为150纳米。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1为一种能实现光的频率上转换的有机-无机复合器件结构示意图；
图2为有机一无机界面处的能级示意图(P型砷化铟镓(P-In0.53Ga0.47As)材料的价带能级与有机空穴注入材料酞氰铜(CuPc)的HOMO能级差仅为0.05ev，故可实现良好的空穴注入)。
具体实施方式
本发明所涉及的是能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，具体来说是一种在无机光探测结构上分子外延出一层有机发光二极管薄膜的器件结构。无机光探测结构由一个N型材料的欧姆接触层101、一个N型层102、一个本征层103、一个P型层104组成；有机发光二极管结构由一个有机空穴注入层201、一个有机空穴传输层202、一个有机发光层203以及一个阴极204组成(参阅图1所示)。
在本发明中，作为阳极的N型材料的欧姆接触层101通常为金属金锗镍的合金，于N型材料表面依次蒸发锗Ge(40nm)/金Au(80nm)/镍Ni(35nm)/金Au(143nm)，在氮气的保护下于400℃快速退火20秒，形成良好的欧姆接触。
在本发明中，N型层102是可以作为整个器件支撑结构的衬底，所以其厚度约为400-500微米，且具有较好的机械强度。入射的红外线从这层透过，故而这层材料的带隙宽度应该足够大以便透过红外线，这里选用的无机材料为N型的磷化铟(N-InP)。
在本发明中，本征层103是可以吸收所探测波长的本征材料，这一层的厚度关系到红外光被吸收的比例，同时无机材料间需要满足晶格尺寸上的匹配，与磷化铟(InP)材料晶格匹配的砷化铟镓的组分为(In0.53Ga0.47As)，并且本征材料中载流子的迁移率也较高，有利于光生载流子迅速地迁移至P型，N型材料中。根据波长为1.5微米的红外线在本征砷化铟镓中的吸收系数，算得本征层厚度为1.5微米时可以吸收63％的入射红外线。
在本发明中，P型层104是作为和有机电致发光二极管相接触的材料。这一层充当了有机电致发光二极管的阳极，用于向有机材料注入空穴。同时考虑到与下层本征层的晶格匹配，这一层材料可以为：P型砷化铟镓(P-In0.53Ga0.47As)、P型砷化铟铝(P-In0.52Al0.48As)或P型磷化铟(InP)。
在本发明中，有机空穴注入层201材料是指那些可以平滑、亲润P型材料表面以便能够很好地实现空穴注入的有机分子材料。有机空穴注入层材料的分子最高占有轨道(HOMO)能级应该和P型材料的价带能级相匹配，能垒差不高于0.7ev，其材料可以为：酞氰铜(CuPc)。P型层与有机空穴注入层的能级结构如图2所示。P型砷化铟镓(P-In0.53Ga0.47As)材料的价带能级与有机空穴注入材料酞氰铜(CuPc)的HOMO能级差仅为0.05ev，故可实现良好的空穴注入。
在本发明中，有机空穴传输层202材料是指那些具备传输空穴能力且有较高空穴迁移率的有机分子材料。可以为：
N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(NPB)。
在本发明中，有机发光层203材料应该发出可见光，可以有广泛的选择，这里选用的是发绿光的有机分子材料，可以为：
8-羟基喹啉铝(Alq3)。
在本发明中，阴极204材料可以为银、氟化锂/铝或金。
本发明的特点和优势：
(1)本发明提出了一种新型的有机-无机复合器件结构用来实现光频率及能量的上转换功能。这种将有机电致发光薄膜直接外延在无机探测结构表面使得器件结构简单，可直接将探测到的红外信号通过有机材料发光直接显示出来，减少了中间过程与步骤。
(2)本发明选用的无机探测结构为效率相当高的PIN结构，可以吸收绝大部分的红外线能量，产生的光生载流子用以有机电致发光薄膜的空穴注入。
(3)一般来说，载流子在无机-有机界面处的注入情况较为复杂，这里使用的P型砷化铟镓(P-In0.53Ga0.47As)价带位置约为5.15ev，与有机空穴注入材料酞氰铜(CuPc)的最高占有轨道(HOMO)能级5.2ev相差无几，可以实现良好的空穴注入效果，具有明显的自主知识产权。
(4)由于无机探测结构并不透射可见光，有机电致发光薄膜为顶发射结构，故而阴极材料需要具有良好的透光性。
Claims (10)
1.一种能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，所述的器件分为下层无机红外光探测结构和上层有机发光二极管结构，其特征在于，由以下部分组成：
一N型层；
一本征层，该本征层生长在N型层上；
一P型层，该P型层生长在本征层上；
一有机空穴注入层，该有机空穴注入层生长在P型层上；
一有机空穴传输层，该有机空穴传输层生长在有机空穴注入层上；
一有机发光层，该有机发光层生长在有机空穴传输层上；
一阴极，该阴极生长在有机电子传输层上的一侧；
一N型欧姆接触层，该欧姆接触层蒸发在N型层背面的一侧；
上述器件能够在外界偏压下将无机红外光探测结构探测到的低频红外光转换成由有机发光二极管发射的可见光。
2.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的N型欧姆接触层为金锗镍合金，厚度为300nm。
3.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的N型层为N型的磷化铟，厚度为400-500微米
4.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的本征层为本征砷化铟镓，厚度为1.5-2微米。
5.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的P型层为以下任一种材料：P型砷化铟镓、P型砷化铟铝或P型磷化铟，厚度为150-200纳米。
6.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的有机空穴注入层为以下任一种材料：4，4’，4”-三{N，-(3-甲基苯基)-N-苯胺}-三苯胺、酞氰铜、聚-N-乙烯基咔唑或聚(3，4-二氧乙基噻吩)：聚(对苯乙烯磺酸)。
7.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的有机空穴传输层为以下任一种材料：N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺或N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺。
8.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述的有机发光层为任意可发绿光的材料，厚度为60-70纳米。
9.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中所述阴极为银、氟化锂/铝或金，厚度为20纳米。
10.根据权利要求1所述的能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构，其特征在于，其中有机发光二极管结构的总厚度为150纳米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008101167406A CN101630717B (zh) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | 能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008101167406A CN101630717B (zh) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | 能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101630717A CN101630717A (zh) | 2010-01-20 |
| CN101630717B true CN101630717B (zh) | 2011-06-01 |
Family
ID=41575740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101167406A Expired - Fee Related CN101630717B (zh) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | 能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101630717B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103178076A (zh) * | 2013-04-07 | 2013-06-26 | 云南大学 | 红外光与可见光转换器件 |
| CN108448000B (zh) * | 2018-03-29 | 2019-05-17 | 云南大学 | 一种红外-可见光学上转换器件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1187235A2 (en) * | 2000-08-30 | 2002-03-13 | Eastman Kodak Company | White organic electroluminescent devices with improved stability and efficiency |
| CN1773732A (zh) * | 2005-09-28 | 2006-05-17 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 氮化镓基红外－可见波长转换探测器 |
| CN101075647A (zh) * | 2007-06-04 | 2007-11-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器 |
| CN101170142A (zh) * | 2007-11-21 | 2008-04-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 平面型铟镓砷红外焦平面探测器及制备方法 |
-
2008
- 2008-07-16 CN CN2008101167406A patent/CN101630717B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1187235A2 (en) * | 2000-08-30 | 2002-03-13 | Eastman Kodak Company | White organic electroluminescent devices with improved stability and efficiency |
| CN1773732A (zh) * | 2005-09-28 | 2006-05-17 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 氮化镓基红外－可见波长转换探测器 |
| CN101075647A (zh) * | 2007-06-04 | 2007-11-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器 |
| CN101170142A (zh) * | 2007-11-21 | 2008-04-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 平面型铟镓砷红外焦平面探测器及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101630717A (zh) | 2010-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103165727B (zh) | N型注入的红外至可见波长上转换装置及其制备方法 | |
| US9082922B2 (en) | Organic/inorganic hybrid optical amplifier with wavelength conversion | |
| CN102884629B (zh) | 包括有机层的光敏部件 | |
| US9437835B2 (en) | Transparent infrared-to-visible up-conversion device | |
| Ban et al. | Near-infrared to visible light optical upconversion by direct tandem integration of organic light-emitting diode and inorganic photodetector | |
| US8716701B2 (en) | Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device | |
| US20140111652A1 (en) | Infrared imaging device integrating an ir up-conversion device with a cmos image sensor | |
| CN109638165B (zh) | 一种多功能的光电子器件 | |
| Liu et al. | Optoelectronic devices based on the integration of halide perovskites with silicon-based materials | |
| CN105742395A (zh) | 带有增益（ec）的上转换器件和光检测器 | |
| KR20110028664A (ko) | 비대칭 수송 특성을 갖는 중간층을 구비하는 유기 태양 전지 | |
| CN101630717B (zh) | 能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构 | |
| CN101442043A (zh) | 有机光耦器件 | |
| KR20100062579A (ko) | 유기 발광 표시 장치 | |
| KR20090097463A (ko) | 유기 광전 변환막 및 이를 구비하는 광전 변환 소자 | |
| Ban et al. | 1.5 to 0.87 µm optical upconversion device fabricated by wafer fusion | |
| CN104916780A (zh) | 一种基于激基复合物光敏层的红外有机光敏二极管 | |
| Tao et al. | Optical up-conversion devices for infrared detection and imaging | |
| KR101087903B1 (ko) | 양면 수광 유기태양전지 | |
| CN212230460U (zh) | 发光器件及显示装置 | |
| Ban et al. | Organic/inorganic hybrid optical upconversion devices for near‐infrared imaging | |
| JP2006066707A (ja) | 光電変換装置 | |
| CN205752260U (zh) | 一种以平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件 | |
| Chen | Hybrid organic/inorganic optical upconversion devices | |
| CN203932118U (zh) | 一种基于激基复合物光敏层的红外有机光敏二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110601 Termination date: 20140716 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |