CN105405981A - 一种双层异质结型有机场效应发光晶体管及其制备方法 - Google Patents

一种双层异质结型有机场效应发光晶体管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双层异质结型的有机场效应发光晶体管及其制备方法，整个器件从上到下依次是：源漏电极、电极修饰层、空穴传输层、电子传输层、绝缘层修饰层、表面有一定厚度的SiO2/Si衬底。通过测量电学性质与光学性质，可以判定本器件是一个发绿光的有机场效应发光晶体管。本发明的优点是，该器件制备比较简单，具有良好的电子和空穴转移特性，并且能发出绿光。

Description

一种双层异质结型有机场效应发光晶体管及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机场效应发光晶体管器件领域，尤其涉及到一种发绿光的有机场效应发光晶体管及其制备方法。
背景技术
有机场效应晶体管由于其成本低廉、与柔性衬底兼容、材料来源广泛，受到了研究人员的的广泛重视，是有机电子学的主要研究方向之一。而有机场效应发光晶体管更是结合了OFET和OLED的优势，具备电致发光特性，被认为是下一代柔性显示的强有力的竞争者，而且由于其超高的电流密度，在电泵浦有机激光领域也呈现了广阔的应用前景。
2003年，A.Heep等报道了第一个真正意义上的OLET，该器件衬底为Si，绝缘层为SiO2，有源层为tetracene，电极为金电极，最终制备的器件空穴迁移率为5×10-2cm2/Vs，阈值电压为-25V，发光的波长是540nm，亮度是45cd/m2。
OLET器件主要分为两种：单极型器件，双极型器件，从目前的报道文章来看，双极型器件的性能更好，具有更广阔的应用前景。早期的OLET器件都是单极型器件，主要工作原理就是利用强电场来注入电子和有源层中的空穴符合形成激子并符合发光，但是这种情况下的发光性能往往比较低下。接下来，经过一系列的研究，人们发现高的载流子迁移率、平衡的载流子注入是影响OLET器件性能的重要因素。因此，基于这个前提，采用非对称电极的OLET被相继报道，但是这种器件结构往往制备复杂，良品率较低，缺乏实用性，人们逐渐开始注重研究双极型器件，并且更加注重材料的选择和合成。双极型器件主要分为单层双极型器件和双层异质结型器件，单层双极型器件主要采用双极性材料作为有源层，其具有制备简单、发光性能好的特点，其代表之一就是于2006年J.Zaumseil等人报道的采用F8BT作为有源层的双极型器件，该器件采用光刻工艺，实现了0.75％的外量子效率和0.25Wcm-2的光功率密度。双层异质结型器件则是采用双层结构，采用电子和空穴材料分别传输电子和空穴，需要的时候还可以在两层之间加上发光层提高器件的性能。2010年，R.Capelli等采用了DFH-4T和DH4T分别作为电子和空穴传输层，采用Alq3：DCM2作为发光层，实现了5％的外量子效率，是采用相同材料的OLED的性能的一百倍以上。因此，器件的性能来看，双极型器件具有更好的性能和更广阔的应用前景。
发明内容
发明目的：麻烦老师在这个地方写明一下，本发明要解决的技术问题是什么。
发明目的：本发明，旨在解决有机场效应发光晶体管绿光器件少、器件性能不稳定、制备工艺复杂的问题。
发明内容：本发明，是选用了双层异质结结构，并对器件的绝缘层和电极进行了一定的修饰，从而制备出了一种具有明显双极性特性的发绿光的有机场效应发光晶体管器件。
本发明采用的技术方案如下：
一种双层异质结型有机场效应发光晶体管器件，有上到下分别为电极、电极修饰层、空穴传输层、电子传输层、绝缘层修饰层、绝缘层、衬底；其中，电极为银电极，电极修饰层为MoO3，空穴传输层材料为pentacene，电子传输层材料为PTCDI-C13，绝缘层修饰材料为OTS(十八烷基三氯硅烷)，绝缘层为SiO2，衬底为重掺杂硅。
其中，电子传输材料引入到发光晶体管的电子传输层中，空穴传输材料引入到发光晶体管的空穴传输层中；对电极用进行修饰，效果是提高器件的空穴迁移率，修饰方式是在电极和空穴传输层之间蒸镀一层MoO3，；对绝缘层用OTS修饰，效果是提高器件的电子迁移率，修饰方式是把绝缘层放在OTS溶液中进行浸泡。
上述器件的电极、电极修饰层、空穴传输层、电子传输层、绝缘层厚度分别为100纳米、2纳米、23纳米、23纳米、300纳米。
一种双层异质结型有机场效应发光晶体管器件，包括如下步骤：
步骤一：表面为二氧化硅的重掺杂硅片作为器件的绝缘层和衬底，依次经过丙酮、乙醇、去离子水三步超声清洗处理并烘干。
步骤二：将步骤一处理好的硅片经过紫外臭氧处理5分钟，然后放入OTS溶液中浸泡12小时，浸泡完毕后冲洗烘干。
步骤三：将步骤二处理好的硅片放进真空蒸镀系统中，抽真空至腔内压力低于5×10-4Pa之后，开始依次蒸镀23纳米的PTCDI-C13、23纳米的并五苯、2纳米的MoO3和100纳米的银电极。
步骤四：镀膜结束后，保持该真空状态下待器件冷却至室温，然后取出进行相关的电学和光学测试。
在所述的步骤二中，OTS溶液浓度为5mg/ml，溶剂为甲苯；步骤三中，PTCDI-C13的蒸镀速率为pentacene蒸镀速率为MoO3的蒸镀速率为银电极的蒸镀速率为薄膜的厚度采用台阶仪进行测量。
本发明优点：
1.本发明所提供的器件在源漏电压为50V，栅压为60V的时候，器件呈现良好的电子转移特性，在源漏电压为-50V，栅压为-60V的时候，器件呈现良好的空穴转移特性，并且其电子和空穴的迁移率都在一个数量级，即器件的电子和空穴迁移率相对平衡；在器件栅压为-80V，源漏电压为-120V的时候，器件可以发出绿色的光。
2.本发明引入了绝缘层修饰层和电极修饰层，有利于提高器件的电学性能和光学性能。
3.本发明提供的器件具有良好的稳定性，适合进一步的优化研发工作。
4.本发明所提供的器件结构设计简单，操作简便，成本低廉，有利于大模批量生产。
5.本发明采用双层异质结结构，双层结构可以采用两种材料分别作为电子传输层和空穴传输层，对材料的选择更为宽泛而且双层结构制备更为简便。
附图说明：
图1本发明的有机场效应发光晶体管的结构图
图2本发明制备的器件的电子转移特性曲线
图3本发明制备的器件的空穴转移特性曲线
图4本发明制备的器件的电子输出特性曲线
图5本发明制备的器件的空穴输出特性曲线
图6本发明制备的器件的电致发光的光谱图
具体实施方式
下面结合具体实施例阐述本发明的实现方法。
本发明涉及的有机场效应发光晶体管器件结构图如图1说是，其中表面为SiO2的重掺杂的硅片为绝缘层和衬底。电子和空穴传输层为PTCDI-C13和pentacene，电极修饰材料采用MoO3，电极采用银，绝缘层采用OTS修饰。
在实际制备时，实验室的室内温度为18℃，适度始终在30％以下。
具体制备方法如下：
步骤一：表面为SiO2的重掺杂硅片作为器件的绝缘层和衬底，依次经过丙酮、乙醇、去离子水三步超声清洗处理并烘干。
步骤二：将步骤一处理好的硅片经过紫外臭氧处理5分钟，然后放入5mg/ml的OTS甲苯溶液中浸泡12小时，12小时候取出用甲苯溶液冲洗烘干。
步骤三：将步骤二处理好的硅片放进真空蒸镀系统中，抽真空至腔内压力低于5×10-4Pa之后，开始依次蒸镀23纳米的PTCDI-C13、23纳米的pentacene、2纳米的MoO3和100纳米的银电极。
步骤四：镀膜结束后，保持该真空状态下待器件冷却至室温，然后取出进行相关的电学和光学测试。
制备完成的器件的电学性质由安捷伦B1500A半导体分析仪测出，绘制成的曲线如图2、图3、图4和图5所示，光学性质由光纤光谱仪测出，得到的光谱曲线如图6所示。
图2和图3是本发明制备器件的转移特性曲线。其中，图2是器件在源漏电压为50V，栅压为60V的时候进行测试得到的曲线，曲线表面器件呈现良好的电子转移特性；图3是器件在源漏电压为-50V，栅压为-60V的时候进行测试得到的曲线，曲线表面器件呈现良好的空穴转移特性。
图4和图5分别是本发明制备器件的输出曲线。
图6是本发明制备器件的光谱曲线。器件在栅压为-80V，源漏电压为-120V的时候，发出的光的光谱峰值在530纳米左右，呈现绿色光。
所有的测试结果表明，本发明制备的有机场效应发光晶体管器件呈现良好的电学特性和光学特性，而且制备简单，稳定性较好，有利于大规模的推广和研究。

Claims (9)

1.一种双层异质结型有机场效应发光晶体管，其结构由外至内依次为源电极、漏电极、电极修饰层、空穴传输层、电子传输层、绝缘层修饰层、绝缘层、衬底，其特征在于，将电子和空穴传输材料分别引入到发光晶体管中，电子传输材料引入到发光晶体管的电子传输层中，空穴传输材料引入到发光晶体管的空穴传输层中；并对电极和绝缘层进行修饰，对电极修饰方式是在电极和空穴传输层之间蒸镀一层物质；对绝缘层修饰，修饰方式是把绝缘层放在溶液中进行浸泡。
2.根据权利要求1所述的双层异质结型有机场效应发光晶体管，其特征在于，所述空穴传输层材料为pentacene，电子传输层材料为PTCDI-C13。
3.根据权利要求1所述的双层异质结型有机场效应发光晶体管，其特征在于，其电极修饰材料为MoO3，绝缘层修饰材料为OTS(十八烷基三氯硅烷)。
4.根据权利要求1所述的双层异质结型有机场效应发光晶体管，其特征在于，电极选取金属银，绝缘层材料为SiO2，衬底材料为Si。
5.权利要求1-4任一项所述的双层异质结型有机场效应发光晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)清洗SiO2/Si衬底基片，烘干，紫外处理5分钟，OTS浸泡12小时，烘干；
(2)依次真空蒸镀电子传输层、空穴传输层、电极修饰层、电极。
(3)冷却并进行测试。
6.根据权利要求5所述双层异质结型有机场效应发光晶体管的制备方法，其特征在于，
步骤(1)所述的OTS溶液为5mg/ml的浓度，溶剂为甲苯；
步骤(2)所述的真空蒸镀电子传输层材料为PTCDI-C13蒸镀速率为 真空度控制在5×10-4pa-10-5pa，采用晶振控制厚度在20-25nm；步骤(2)所述的真空蒸镀的空穴传输材料为pentacene，蒸镀速率为真空度控制在5×10-4pa-10-5pa，采用晶振控制厚度在20-25nm。
7.根据权利要求6中所述双层异质结型有机场效应发光晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的真空蒸镀的电极修饰材料为MoO3，蒸镀速率为 真空度控制在5×10-4pa-10-5pa，采用晶振控制厚度在1-2nm。
8.根据权利要求6中所述双层异质结型有机场效应发光晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的真空蒸镀的电极材料为银，蒸镀速率为真空度控制在5×10-4pa-10-5pa，采用晶振控制厚度在90-100nm。
9.根据权利要求5所述双层异质结型有机场效应发光晶体管的制备方法，其特征在于：电子和空穴传输层厚度范围为20-25nm，电极修饰层厚度范围为1-2nm，金属电极厚度范围为90-100nm。
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