CN103972390A - 一种双极型有机发光场效应晶体管 - Google Patents

一种双极型有机发光场效应晶体管 Download PDF

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Abstract

本发明属于晶体管器件技术领域，特别涉及一种双极型有机发光场效应晶体管。本发明晶体管由源电极、漏电极、第一发光空穴介入层、第二发光电子介入层、场效应传输层、绝缘层、栅电极和基板构成；本发明使用新型结构，结合了有机发光二极管的发光性能和有机场效应晶体管的电流控制特性，在同一器件中实现两种颜色的光发射，通过电压控制在单一器件中同时实现对发光颜色和强度的控制，可以大幅度降低平板显示技术中的电子器件复杂程度，提高集成性，有可能成为下一代显示领域的核心技术。

Description

一种双极型有机发光场效应晶体管
技术领域
本发明属于晶体管器件技术领域，特别涉及一种双极型有机发光场效应晶体管。
背景技术
有机发光二极管(OLED)可以通过使用半导体p-n结型结构注入的少数载流子(空穴或电子)，与另一端注入的多数载流子(电子或空穴)复合发光。有机场效应晶体管由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管，属于电压控制型半导体器件。可以通过栅电压控制半导体层内的感生载流子密度，改变控制电流密度以控制器件电流的接通与关闭。
双极型有机场效应晶体管可以工作在两种电荷传输状态，由栅电压控制场效应传输层与绝缘层界面处的感生载流子的种类和密度，以选择工作状态和控制器件开关。有机发光场效应晶体管结合了有机发光二极管的发光性能和有机场效应晶体管的电流控制特性，用一个器件同时实现对电流和发光的控制。双极型有机发光场效应晶体管可以在一个晶体管中实现两种或多种不同颜色的光发射，由栅电压及源漏电压的大小来控制发光区域和出光颜色等。
目前，国内外已经有一些制成的有机发光场效应晶体管的研发工作得以发表，结构形式多种多样。然而，从未有过一种有机发光场效应晶体管，将发光层中间隔断，形成发光空穴介入层和发光电子介入层结合的发光层结构。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种双极型有机发光场效应晶体管。
一种双极型有机发光场效应晶体管，所述晶体管由源电极、漏电极、第一发光空穴介入层、第二发光电子介入层、场效应传输层、绝缘层、栅电极和基板构成；所述场效应传输层、绝缘层、栅电极和基板顺次接触相连，所述场效应传输层上分别设置第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层，所述第一发光空穴介入层上设置源电极，所述第二发光电子介入层上设置漏电极；所述源电极和漏电极位于同一平面，且二者之间不接触相连。
所述第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间的连接方式为以下a、b、c三种之一：
a.互不接触相连，即存在一段间隔，但二者间隔长度须小于所述源电极和漏电极之间的间隔长度，且位于所述源电极和漏电极之间的间隔中；
b.紧密贴合，即所述第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层的边界接触相连，二者相连的接触界面位于所述源电极和漏电极之间的间隔中；
c.相互重叠，即所述第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层接触相连，且接触相连部分存在叠加凸起区域，该叠加凸起区域须完全位于所述源电极和漏电极之间的间隔中。
所述基板的材质为透明基板材料，所述透明基板材料为石英、玻璃、有机玻璃、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚氯乙烯(PVC)。
所述栅电极的材质为透明栅电极材料，所述透明栅电极材料为氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)(PEDOT与PSS质量比为1:6，直接购买于公司Clevious P VP AI4083)、银纳米线或石墨烯。
所述绝缘层厚度须保证足够的绝缘性能以及电容性能，在保证足够的绝缘性能的前提下，尽量减小厚度，其材质为透明绝缘材料，所述透明绝缘材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、2-氨基甲苯-5-磺酸(OTS)。
所述场效应传输层的材质为双极型半导体材料，所述双极型半导体材料为并五苯、并四苯或红荧烯。
所述第一发光空穴介入层的材质为p型有机发光半导体材料，所述p型有机发光半导体材料为聚对苯乙炔(PPV)及其衍生物、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)或N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)。
所述第二发光电子介入层的材质为n型有机发光半导体材料，所述n型有机发光半导体材料为8-羟基喹啉铝(Alq3)或9,9-二正辛基芴-苯并[2,1,3]噻二唑共聚物(F8BT)。
所述漏电极的材质为低功函数材料，所述低功函数材料为银、铝、锂、钙或镁。
所述源电极的材质为高功函数材料，所述高功函数材料为金、铂、铜、硒或氧化铟锡(ITO)。
本发明双极型有机发光场效应晶体管可以在两个状态下工作，分别在两种材料构成的发光层中形成不同波长的复合光反射。一种工作状态为空穴(p型)传输发光状态，即当栅电极施加负偏压以在沟道中诱导出足够的空穴载流子，从源电极注入空穴经发光空穴介入层和场效应传输层传输到发光电子介入层，在漏电极处注入电子至发光电子介入层，与传输至此的空穴复合产生光发射，发光波长取决于发光空穴介入层材料的电致发光特性；另一种工作状态为电子(n型)传输发光状态，即当栅电极施加正偏压以在沟道中诱导出足够的电子载流子，从漏电极注入空穴经发光电子介入层和场效应传输层传输到发光空穴介入层，在源电极处注入空穴至发光空穴介入层，与传输至此的电子复合产生光发射，发光波长取决于发光电子介入层材料的电致发光特性。
本发明的有益效果为：
本发明使用新型结构，结合了有机发光二极管的发光性能和有机场效应晶体管的电流控制特性，在同一器件中实现两种颜色的光发射，通过电压控制在单一器件中同时实现对发光颜色和强度的控制，可以大幅度降低平板显示技术中的电子器件复杂程度，提高集成性，有可能成为下一代显示领域的核心技术。
附图说明
图1为本发明双极型有机发光场效应晶体管的结构示意图；
图2a为工作在p型传输特性下的本发明双极型有机发光场效应晶体管结构示意图；
图2b为工作在n型传输特性下的本发明双极型有机发光场效应晶体管结构示意图；
图3a为第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间互不接触的本发明双极型有机发光场效应晶体管局部结构示意图，第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间存在一小段间隔；
图3b为第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间紧密贴合的本发明双极型有机发光场效应晶体管局部结构示意图，第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间恰好接触；
图3c为第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间相互交叠的本发明双极型有机发光场效应晶体管局部结构示意图，第一发光空穴介入层和第二发光电子介入层之间交叠区域形成凸起；
图4为本发明双极型有机发光场效应晶体管俯视结构示意图；
图5为本发明双极型有机发光场效应晶体管的电流电压特性曲线图；其中，图5a为p型状态工作的本发明双极型有机发光场效应晶体管的电流电压特性曲线图，图5b为n型状态工作的本发明双极型有机发光场效应晶体管的电流电压特性曲线图；
图中标号：
1-源电极；2-漏电极；3-第一发光空穴介入层；4-第二发光电子介入层；5-场效应传输层；6-绝缘层；7-栅电极；8-基板。
具体实施方式
本发明提供了一种双极型有机发光场效应晶体管，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种双极型有机发光场效应晶体管，所述晶体管由源电极1、漏电极2、第一发光空穴介入层3、第二发光电子介入层4、场效应传输层5、绝缘层6、栅电极7和基板8构成；所述场效应传输层5、绝缘层6、栅电极7和基板8顺次接触相连，所述场效应传输层4上分别设置第一发光空穴介入层3和第二发光电子介入层4，所述第一发光空穴介入层3上设置源电极1，所述第二发光电子介入层4上设置漏电极2；所述源电极1和漏电极2位于同一平面，且二者之间不接触相连。
所述第一发光空穴介入层3和第二发光电子介入层4之间的连接方式为以下a、b、c三种之一：
a.互不接触相连，即存在一段间隔，但二者间隔长度须小于所述源电极1和漏电极2之间的间隔长度，且位于所述源电极1和漏电极2之间的间隔中；
b.紧密贴合，即所述第一发光空穴介入层3和第二发光电子介入层4的边界接触相连，二者相连的接触界面位于所述源电极1和漏电极2之间的间隔中；
c.相互重叠，即所述第一发光空穴介入层3和第二发光电子介入层4接触相连，且接触相连部分存在叠加凸起区域，该叠加凸起区域须完全位于所述源电极1和漏电极2之间的间隔中。
所述基板8的材质为透明基板材料，所述透明基板材料为石英、玻璃、有机玻璃、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚氯乙烯(PVC)。
所述栅电极7的材质为透明栅电极材料，所述透明栅电极材料为氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)(PEDOT与PSS质量比为1:6，直接购买于公司Clevious P VP AI4083)、银纳米线或石墨烯。
所述绝缘层6厚度须保证足够的绝缘性能以及电容性能，在保证足够的绝缘性能的前提下，尽量减小厚度，其材质为透明绝缘材料，所述透明绝缘材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PVP、聚氧化乙烯(PEO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、2-氨基甲苯-5-磺酸(OTS)。
所述场效应传输层4的材质为双极型半导体材料，所述双极型半导体材料为并五苯、并四苯或红荧烯。
所述第一发光空穴介入层3的材质为p型有机发光半导体材料，所述p型有机发光半导体材料为PPV及其衍生物、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)或N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)。
所述第二发光电子介入层4的材质为n型有机发光半导体材料，所述n型有机发光半导体材料为8-羟基喹啉铝(Alq3)或9,9-二正辛基芴-苯并[2,1,3]噻二唑共聚物(F8BT)。
所述漏电极2的材质为低功函数材料，所述低功函数材料为银、铝、锂、钙或镁。
所述源电极1的材质为高功函数材料，所述高功函数材料为金、铂、铜、硒或氧化铟锡(ITO)。

Claims (10)

1.一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述晶体管由源电极(1)、漏电极(2)、第一发光空穴介入层(3)、第二发光电子介入层(4)、场效应传输层(5)、绝缘层(6)、栅电极(7)和基板(8)构成；所述场效应传输层(5)、绝缘层(6)、栅电极(7)和基板(8)顺次接触相连，所述场效应传输层(4)上分别设置第一发光空穴介入层(3)和第二发光电子介入层(4)，所述第一发光空穴介入层(3)上设置源电极(1)，所述第二发光电子介入层(4)上设置漏电极(2)；所述源电极(1)和漏电极(2)位于同一平面，且二者之间不接触相连。
2.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述第一发光空穴介入层(3)和第二发光电子介入层(4)之间的连接方式为以下a、b、c三种之一：
a.互不接触相连，即存在一段间隔，但二者间隔长度须小于所述源电极(1)和漏电极(2)之间的间隔长度，且位于所述源电极(1)和漏电极(2)之间的间隔中；
b.紧密贴合，即所述第一发光空穴介入层(3)和第二发光电子介入层(4)的边界接触相连，二者相连的接触界面位于所述源电极(1)和漏电极(2)之间的间隔中；
c.相互重叠，即所述第一发光空穴介入层(3)和第二发光电子介入层(4)接触相连，且接触相连部分存在叠加凸起区域，该叠加凸起区域须完全位于所述源电极(1)和漏电极(2)之间的间隔中。
3.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述基板(8)的材质为透明基板材料，所述透明基板材料为石英、玻璃、有机玻璃、聚乙烯吡咯烷酮或聚氯乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述栅电极(7)的材质为透明栅电极材料，所述透明栅电极材料为氧化铟锡、氧化铝锌、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、银纳米线或石墨烯。
5.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述绝缘层(6)厚度须保证足够的绝缘性能以及电容性能，在保证足够的绝缘性能的前提下，尽量减小厚度，其材质为透明绝缘材料，所述透明绝缘材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、二氧化硅、氧化铝、2-氨基甲苯-5-磺酸。
6.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述场效应传输层(4)的材质为双极型半导体材料，所述双极型半导体材料为并五苯、并四苯或红荧烯。
7.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述第一发光空穴介入层(3)的材质为p型有机发光半导体材料，所述p型有机发光半导体材料为聚对苯乙炔及其衍生物、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺或N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺。
8.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述第二发光电子介入层(4)的材质为n型有机发光半导体材料，所述n型有机发光半导体材料为8-羟基喹啉铝或9,9-二正辛基芴-苯并[2,1,3]噻二唑共聚物。
9.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述漏电极(2)的材质为低功函数材料，所述低功函数材料为银、铝、锂、钙或镁。
10.根据权利要求1所述的一种双极型有机发光场效应晶体管，其特征在于：所述源电极(1)的材质为高功函数材料，所述高功函数材料为金、铂、铜、硒或氧化铟锡。
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