CN105355799A - 一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法，其自下而上依次包括：衬底、栅极、绝缘层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层及源漏电极。本发明集发光器件与电路控制单元TFT于一体，有利于简化QLED-TFT器件的制备流程。且本发明在量子点发光层的两侧加上了电子传输层与空穴传输层，这种结构一方面使得量子点发光层与电极之间的直接接触被阻隔，防止了激子在电极处的淬灭，另一方面，使得电子和空穴能够更加高效地在器件内传输，有利于提升LET的发光效率与器件的寿命。

Description

一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法

技术领域

本发明涉及量子点发光二极管技术领域，尤其涉及一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

量子点发光二极管（QLED）是一种基于量子点发光材料的新型电致发光器件，它有潜力成为下一代显示技术的核心。从实用角度考虑，目前QLED还有一系列问题有待解决，例如发光效率和使用寿命等。如图1所示，通常的QLED采用三明治夹心结构，阴极10和阳极16将各功能层（电子注入层11、电子传输层12、空穴传输层14、空穴注入层15）和量子点发光层13夹在中间，阴阳两极分别将电子和空穴注入量子点发光层向外辐射发光。在这种器件结构中，激子与电荷的相互作用很容易使激子在电极界面处损失浪费掉，降低器件的发光效率和使用寿命。为了有效降低激子在电极处的淬灭，发光场效应晶体管（LET）被研发了出来，如图2所示。在LET中，电子和空穴分别从源极20和漏极21注入半导体层22（同时也作为发光层）中，通过合理调节绝缘层23与衬底25间栅极24上栅压的大小可以有效调节发光区域，因而能够避免激子在电极处的淬灭。除此之外，LET能够集发光二极管（发光显示）与场效应晶体管（电路控制）的优点于一身，简化QLED的制备和集成工艺。然而，图2所示传统的单层沟道结构的量子点发光场效应晶体管必须同时具备发光与高效载流子传输的双重功能，这就限制了它的发展。而且受半导体材料本身极性的限制，很容易在沟道中出现电子或者空穴的累积，很难得到高量子效率的发光器件。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法，旨在解决现有QLED器件的激子在电极处易淬灭，而场效应晶体管在沟道中出现电子或者空穴的累积的问题。

本发明的技术方案如下：

一种量子点发光场效应晶体管，其中，自下而上依次包括：衬底、栅极、绝缘层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层及源漏电极。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述衬底为ITO衬底。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述绝缘层的材料为有机聚合物材料。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述电子传输层的材料为n型氧化锌或有机聚合物材料。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述量子点发光层的材料为II-V族化合物半导体、III-V族化合物半导体或IV-VI族化合物半导体。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述II-V族化合物半导体为CdS、CdSe、CdS/ZnS、CdSe/ZnS或CdSe/CdS/ZnS。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述III-V族化合物半导体为GaAs或InP；IV-VI族化合物半导体为PbS/ZnS或PbSe/ZnS。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述空穴传输层为PVK、Poly-TPD和TFB中的一种或多种。

所述的量子点发光场效应晶体管，其中，所述源漏电极的材料为Au、Cr、Pt或它们的合金。

一种如上任一所述的量子点发光场效应晶体管的制备方法，其中，包括步骤：

A、沉积栅极于衬底上；

B、沉积绝缘层于栅极上；

C、然后沉积电子传输层于绝缘层上；

D、接着沉积量子点发光层于电子传输层上；

E、随后沉积空穴传输层于量子点发光层上；

F、最后沉积源漏电极于空穴传输层上，得到量子点发光场效应晶体管。

有益效果：本发明集发光器件与电路控制单元TFT于一体，有利于简化QLED-TFT器件的制备流程。且本发明在量子点发光层的两侧加上了电子传输层与空穴传输层，这种结构一方面使得量子点发光层与电极之间的直接接触被阻隔，防止了激子在电极处的淬灭，另一方面，使得电子和空穴能够更加高效地在器件内传输，有利于提升LET的发光效率与器件的寿命。

附图说明

图1为传统的QLED器件的结构示意图。

图2为传统的单层沟道结构的量子点发光场效应晶体管的结构示意图。

图3为本发明一种量子点发光场效应晶体管较佳实施例的结构示意图。

图4为本发明一种量子点发光场效应晶体管的制备方法较佳实施例的流程图。

图5为本发明一种量子点发光场效应晶体管另一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图3，图3为本发明一种量子点发光场效应晶体管较佳实施例的结构示意图，如图所示，其自下而上依次包括：衬底30、栅极31、绝缘层32、电子传输层33、量子点发光层34、空穴传输层35及源漏电极（源极36和漏极37）。

本发明的上述量子点发光场效应晶体管一方面具有QLED电致发光的特性，另一方面具有TFT的开关控制特性。与传统QLED相比，本发明集发光器件与电路控制单元TFT于一体，有利于简化QLED-TFT器件的制备流程。与传统LET相比，本发明在沟道半导体层（同时作为量子点发光层34）的两侧加上了电子传输层33与空穴传输层35，这种结构一方面使得量子点发光层34与电极之间的直接接触被阻隔，防止了激子在电极处的淬灭，另一方面，使得电子和空穴能够更加高效地在器件内传输，有利于提升LET的发光效率与器件的寿命。

本发明的量子点发光场效应晶体管，其结构特征在于由衬底30、栅极31、绝缘层32、电子传输层33、量子点发光层34、空穴传输层35及源漏电极（源极36和漏极37）构成。本发明的量子点发光场效应晶体管的工作原理为：在栅压的作用下，量子点发光场效应晶体管会在空穴传输层35感应感应出一个空穴传输沟道，而在电子传输层33上会感应出电子传输通道。在源漏电压和栅压的双重作用下，电子和空穴分别从电子传输层33和空穴传输层35注入量子点发光层34进而复合发光。无论是调节栅压还是源漏电压，载流子的注入都能被有效调控，本发明的量子点发光场效应晶体管的发光特性可以通过栅压和源漏电压很好地调节。

进一步地，本发明所述衬底为ITO衬底。在所述ITO衬底上可制得高质量的薄膜。另外，在所述ITO衬底上制备量子点发光场效应晶体管之前，本发明对所述ITO衬底进行清洗。ITO衬底的具体清洗过程包括：将ITO衬底依次置于丙酮、洗液、去离子水和异丙醇中进行超声清洗，每次超声清洗时间不少于15分钟，待清洗完成后，将ITO衬底取出并放置于洁净烘箱内烘干备用。通过上述超声清洗过程，可有效去除ITO衬底表面的尘埃和化学污物。

进一步地，所述绝缘层的材料可以为可见光范围内透明的有机材料（如，有机聚合物材料）。例如，所述绝缘层的材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。本发明上述绝缘层材料在栅极表面具有良好的成膜性，且较大的介电常数使本发明量子点发光场效应晶体管在导电沟道中能感应出更多的电荷。

进一步地，所述电子传输层的材料可以为但不限于具有高的电子传输性能的n性氧化锌（ZnO）、亦可以为具有电子传输特性的有机材料（如，有机聚合物材料）。本发明所述电子传输层的沉积方式与材料本身的性质密切相关。例如，采用ZnO纳米颗粒作为电子传输层的材料时，需将ZnO纳米颗粒分散在合适溶剂（如乙醇）中，且所述溶剂不会对下层已经沉积好的绝缘层造成明显的侵蚀，然后通过旋涂、浸渍提拉或喷墨打印方式将ZnO溶液沉积在绝缘层上。

进一步地，所述量子点发光层的材料可以为II-V族化合物半导体或III-V族化合物半导体或IV-VI族化合物半导体。例如，所述II-V族化合物半导体可以为CdS、CdSe、CdS/ZnS、CdSe/ZnS或CdSe/CdS/ZnS等。所述III-V族化合物半导体可以为GaAs或InP。所述IV-VI族化合物半导体可以为PbS/ZnS或PbSe/ZnS等。优选地，所述量子点发光层为CdS、CdSe、CdS/ZnS、CdSe/ZnS或CdSe/CdS/ZnS，该材料的量子点发光层具有激发光谱宽并且连续分布，发射光谱稳定性高等特点。

进一步地，所述空穴传输层的材料可以为具有较深HOMO能级的PVK、Poly-TPD和TFB中的一种或多种，也可以为其它高性能的有机或无机空穴传输层的材料，上述空穴传输层的材料具有较高的空穴迁移率，以确保电荷向量子点发光层的高效注入。优选地，所述空穴传输层的材料为Poly-TPD或PVK。这是由于Poly-TPD具有良好的成膜特性和空穴传输性能，且Poly-TPD可改善电子空穴间的平衡，增大空穴与电子的复合几率。而PVK可有效降低从阳极层到量子点发光层和电子注入层的空穴注入势垒，从而提高量子点发光场效应晶体管的性能。

基于上述量子点发光场效应晶体管，本发明还提供一种如上任一所述的量子点发光场效应晶体管的制备方法较佳实施例的流程图，如图4所示，其包括步骤：

S100、沉积栅极于衬底上；

S200、沉积绝缘层于栅极上；

S300、然后沉积电子传输层于绝缘层上；

S400、接着沉积量子点发光层于电子传输层上；其中，所述量子点发光层的厚度为10~100nm（如厚度为50nm或80nm）之间。沉积完量子点发光层后，将所述步骤得到的器件放置在60~100℃（如，80℃）的加热台上加热10~15min（如，10min），以除去所述步骤器件上残留的溶剂;

S500、随后沉积空穴传输层于量子点发光层上；

S600、最后沉积源漏电极于空穴传输层上，得到量子点发光场效应晶体管。将步骤S500得到的器件置于真空镀仓中，在高真空下（气压小于10^-6mbar）以热蒸镀的方式蒸镀一层高功函数的源漏电极材料于空穴传输层上，蒸镀过程中需采用掩膜板准确控制蒸镀源漏电极材料的位置，其中，所述掩膜板的厚度大于50nm。由于本发明量子点发光场效应晶体管中的源漏电极与空穴传输层材料直接接触，因此，本发明选用的源漏电极材料需具有较大功函数的金属，以确保空穴的有效注入。例如，所述金属可以为Au、Cr、Pt等高功函数的金属或它们以任意比例制备的合金。

本发明将QLED与驱动TFT集成在一个器件上，从而极大简化QLED显示器件的制备流程并降低生产成本；另外，空穴传输层与电子传输层的引入利于降低器件中激子在电极处的猝灭，提高了量子点发光场效应晶体管的量子效率并延长了使用寿命。

当然本发明不限于上述结构的量子点发光场效应晶体管，本发明还可以将上述量子点发光场效应晶体管中电子传输层与空穴传输层的位置互换。如图5所示，图5为本发明一种量子点发光场效应晶体管另一较佳实施例的结构示意图，其自下而上依次包括：衬底40、栅极41、绝缘层42、空穴传输层43、量子点发光层44、电子传输层45及源漏电极（源极46和漏极47）。图5所示的量子点发光场效应晶体管与上述图3所示的量子点发光场效应晶体管功能上一致，只是在结构上有如下两项调整：（1）电子传输层与空穴传输层的位置互换；（2）由于电子传输层与空穴传输层的位置发生了互换，图5所示的量子点发光场效应晶体管的源漏电极（源极46和漏极47）与电子传输层45相连，此时要求源漏电极（源极46和漏极47）采用具有较低功函数的材料，例如，所述源漏电极的材料可以为Ca/Al，Ba/Al或LiF/Al等。

综上所述，本发明提供的一种量子点发光场效应晶体管及其制备方法。本发明集发光器件与电路控制单元TFT于一体，有利于简化QLED-TFT器件的制备流程。且本发明在量子点发光层的两侧加上了电子传输层与空穴传输层，这种结构一方面使得量子点发光层与电极之间的直接接触被阻隔，防止了激子在电极处的淬灭，另一方面，使得电子和空穴能够更加高效地在器件内传输，有利于提升LET的发光效率与器件的寿命。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种量子点发光场效应晶体管，其特征在于，自下而上依次包括：衬底、栅极、绝缘层、电子传输层、量子点发光层、空穴传输层及源漏电极。

2.根据权利要求1所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述衬底为ITO衬底。

3.根据权利要求1所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘层的材料为有机聚合物材料。

4.根据权利要求1所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述电子传输层的材料为n型氧化锌或有机聚合物材料。

5.据权利要求1所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述量子点发光层的材料为II-V族化合物半导体、III-V族化合物半导体或IV-VI族化合物半导体。

6.据权利要求5所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述II-V族化合物半导体为CdS、CdSe、CdS/ZnS、CdSe/ZnS或CdSe/CdS/ZnS。

7.据权利要求5所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述III-V族化合物半导体为GaAs或InP；IV-VI族化合物半导体为PbS/ZnS或PbSe/ZnS。

8.根据权利要求1所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述空穴传输层为PVK、Poly-TPD和TFB中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的量子点发光场效应晶体管，其特征在于，所述源漏电极的材料为Au、Cr、Pt或它们的合金。

10.一种如权利要求1~9任一所述的量子点发光场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：

A、沉积栅极于衬底上；

B、沉积绝缘层于栅极上；

C、然后沉积电子传输层于绝缘层上；

D、接着沉积量子点发光层于电子传输层上；

E、随后沉积空穴传输层于量子点发光层上；

F、最后沉积源漏电极于空穴传输层上，得到量子点发光场效应晶体管。