CN109888072A - 一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法 - Google Patents
一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109888072A CN109888072A CN201910264631.7A CN201910264631A CN109888072A CN 109888072 A CN109888072 A CN 109888072A CN 201910264631 A CN201910264631 A CN 201910264631A CN 109888072 A CN109888072 A CN 109888072A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- led
- graphene oxide
- wavelengthtunable
- layer
- 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.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 95
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯的可调波长LED及其制备方法，所述LED的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中。本发明所采用的发光层半还原的氧化石墨烯为P型半导体材料，具有很好的电导率，在发光层上加上电压能够产生随着电压增大而增大的电流，提供载流子的注入；将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中，源极接地，源极与漏极之间的所加电压提供载流子注入，通过改变栅极电压调节石墨烯的费米能级从而改变LED的发光波长，且可调波长范围区间达到450nm～750nm。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的可调波长LED及其制备方法。
背景技术
传统LED产业通过调整不同的材料和带隙实现选择性发光，而无法在同一个器件上实现可调波长的发光。石墨烯有很高的载流子迁移率和优异的超快光学响应特性，因而在光电探测领域具有很好的应用前景。但本征石墨烯材料零带隙的特性限制了其在电子器件中的应用，对其带隙进行人工调控是亟待研究的科学难题。
氧化石墨烯(graphene oxide，GO)在碳结构上含有环氧基，羟基，羰基和羧基，这些物质的不同组分使得GO的化学表达式很难被表示出来。对氧化石墨烯材料的还原过程的控制可以调控其带隙，在还原过程中由于带间和带内光学跃迁机制的变化，引起氧化石墨烯在还原过程中呈现不同的光吸收特性，进而可以大范围调控石墨烯的带隙宽度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的可调波长LED及其制备方法，其解决的技术问题是在半还原的氧化石墨烯上将能带隙结构与双向载流子统一结合，实现波长可调的LED发光。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于石墨烯的可调波长LED，所述LED的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中。
进一步改进在于，所述LED的具体结构包括
衬底；
氧化石墨烯层，所述氧化石墨烯层沉积在衬底之上；
半还原氧化石墨烯层，所述半还原氧化石墨烯层作为发光层，其位于氧化石墨烯层之上；
由还原氧化石墨烯构成的栅极、源极和漏极，所述栅极、源极和漏极均位于半还原氧化石墨烯层之上，栅极、源极和漏极之间互不接触，且源极接地，栅极接电压VGS，漏极接电压VDS。
进一步改进在于，所述衬底为PET衬底、SiO2衬底或蓝宝石衬底中的一种。
进一步改进在于，所述LED可调波长范围区间为450nm～750nm。
进一步改进在于，所述源极和漏极上均沉积有金属银接触层。
进一步改进在于，所述源极和漏极之间以及栅极与漏极之间设有二氧化硅介电层，所述二氧化硅介电层设于半还原氧化石墨烯层之上，且与栅极、源极和漏极均不接触。
一种基于石墨烯的可调波长LED的制备方法，步骤包括
(1)选取衬底，并在衬底上沉积一层氧化石墨烯层；
(2)对氧化石墨烯层进行还原处理，在氧化石墨烯层上部得到还原氧化石墨烯层；
(3)对还原氧化石墨烯层进行光刻处理，暴露出半还原氧化石墨烯沟道，并形成不同大小的栅极、源极和漏极，接着在源极和漏极上部沉积金属银接触层。
进一步改进在于，所述氧化石墨烯层的沉积厚度为0.8-1.2μm。
进一步改进在于，所述还原处理是使用788nm(5mW)的激光对氧化石墨烯层进行处理。
进一步改进在于，所述光刻处理是使用10mA的电流对还原氧化石墨烯层进行退火去除。
本发明的原理及有益效果在于：
本发明通过还原氧化石墨烯，控制还原的程度，在氧化石墨烯与完全还原的氧化石墨烯的界面处形成半还原的氧化石墨烯。发光层内由于量子限制效应在导带和价带之间产生一系列离散的能级。
为了解决载流子双向注入的问题，本发明所采用的发光层半还原的氧化石墨烯为P型半导体材料，具有很好的电导率。在发光层上加上电压能够产生随着电压增大而增大的电流，提供载流子的注入。
将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中，源极接地，源极与漏极之间的所加电压提供载流子注入，通过改变栅极电压调节石墨烯的费米能级从而改变LED的发光波长，且可调波长范围区间达到450nm～750nm。
附图说明
图1为基于石墨烯的可调光谱LED的剖面图；
图2为基于石墨烯的可调光谱LED的俯视图；
图中：1、衬底；2、氧化石墨烯层；3、半还原氧化石墨烯层；4、栅极；5、源极；6、漏极；7、金属银接触层；8、二氧化硅介电层。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
一种基于石墨烯的可调波长LED，LED的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中。
结合图1和图2所示，LED的一种实施例结构为：包括
衬底1；
氧化石墨烯层2，氧化石墨烯层2沉积在衬底1之上；
半还原氧化石墨烯层3，半还原氧化石墨烯层3作为发光层，其位于氧化石墨烯层2之上；
由还原氧化石墨烯构成的栅极4、源极5和漏极6，栅极4、源极5和漏极6均位于半还原氧化石墨烯层3之上，栅极4、源极5和漏极6之间互不接触，且源极5接地，栅极4接电压VGS，漏极6接电压VDS。
上述的，衬底1为PET衬底、SiO2衬底或蓝宝石衬底中的一种。
上述的，LED可调波长范围区间为450nm～750nm。
上述的，源极5和漏极6上均沉积有金属银接触层7，用于提高电极的接触性。
上述的，源极5和漏极6之间以及栅极4与漏极6之间设有二氧化硅介电层8，二氧化硅介电层8设于半还原氧化石墨烯层3之上，且与栅极4、源极5和漏极6均不接触，用于起绝缘作用。
本发明还提供了一种基于石墨烯的可调波长LED的制备方法，步骤包括
(1)选取衬底，并在衬底上沉积一层氧化石墨烯层，氧化石墨烯层的沉积厚度为0.8-1.2μm，最优的为1μm；
(2)对氧化石墨烯层进行还原处理，即使用788nm(5mW)的激光对氧化石墨烯层进行处理，在氧化石墨烯层上部得到还原氧化石墨烯层；
(3)对还原氧化石墨烯层进行光刻处理，即使用10mA的电流对还原氧化石墨烯层进行退火去除，使其暴露出半还原氧化石墨烯沟道，并形成不同大小的栅极、源极和漏极，接着在源极和漏极上部沉积金属银接触层。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于石墨烯的可调波长LED，其特征在于：所述LED的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的可调波长LED，其特征在于：所述LED的具体结构包括
衬底(1)；
氧化石墨烯层(2)，所述氧化石墨烯层(2)沉积在衬底(1)之上；
半还原氧化石墨烯层(3)，所述半还原氧化石墨烯层(3)作为发光层，其位于氧化石墨烯层(2)之上；
由还原氧化石墨烯构成的栅极(4)、源极(5)和漏极(6)，所述栅极(4)、源极(5)和漏极(6)均位于半还原氧化石墨烯层(3)之上，栅极(4)、源极(5)和漏极(6)之间互不接触，且源极(5)接地，栅极(4)接电压VGS，漏极(6)接电压VDS。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的可调波长LED，其特征在于：所述衬底(1)为PET衬底、SiO2衬底或蓝宝石衬底中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的可调波长LED，其特征在于：所述LED可调波长范围区间为450nm～750nm。
5.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的可调波长LED，其特征在于：所述源极(5)和漏极(6)上均沉积有金属银接触层(7)。
6.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的可调波长LED，其特征在于：所述源极(5)和漏极(6)之间以及栅极(4)与漏极(6)之间设有二氧化硅介电层(8)，所述二氧化硅介电层(8)设于半还原氧化石墨烯层(3)之上，且与栅极(4)、源极(5)和漏极(6)均不接触。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的基于石墨烯的可调波长LED的制备方法，其特征在于：步骤包括
(1)选取衬底，并在衬底上沉积一层氧化石墨烯层；
(2)对氧化石墨烯层进行还原处理，在氧化石墨烯层上部得到还原氧化石墨烯层；
(3)对还原氧化石墨烯层进行光刻处理，暴露出半还原氧化石墨烯沟道，并形成不同大小的栅极、源极和漏极，接着在源极和漏极上部沉积金属银接触层。
8.根据权利要求7所述的基于石墨烯的可调波长LED的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯层的沉积厚度为0.8-1.2μm。
9.根据权利要求7所述的基于石墨烯的可调波长LED的制备方法，其特征在于：所述还原处理是使用788nm(5mW)的激光对氧化石墨烯层进行处理。
10.根据权利要求7所述的基于石墨烯的可调波长LED的制备方法，其特征在于：所述光刻处理是使用10mA的电流对还原氧化石墨烯层进行退火去除。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910264631.7A CN109888072B (zh) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910264631.7A CN109888072B (zh) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109888072A true CN109888072A (zh) | 2019-06-14 |
| CN109888072B CN109888072B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=66935869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910264631.7A Active CN109888072B (zh) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109888072B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110783365A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-11 | 西华大学 | 一种显示基板以及制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016066670A (ja) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ |
| CN106782271A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-05-31 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种像素电路、显示面板及显示装置 |
| CN109103109A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-28 | 上海天马微电子有限公司 | 一种薄膜晶体管及其制备方法、显示面板、显示装置 |
| CN210092115U (zh) * | 2019-04-03 | 2020-02-18 | 南京紫科光电科技有限公司 | 一种基于石墨烯的可调波长led |
-
2019
- 2019-04-03 CN CN201910264631.7A patent/CN109888072B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016066670A (ja) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ |
| CN106782271A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-05-31 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种像素电路、显示面板及显示装置 |
| CN109103109A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-28 | 上海天马微电子有限公司 | 一种薄膜晶体管及其制备方法、显示面板、显示装置 |
| CN210092115U (zh) * | 2019-04-03 | 2020-02-18 | 南京紫科光电科技有限公司 | 一种基于石墨烯的可调波长led |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110783365A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-11 | 西华大学 | 一种显示基板以及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109888072B (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xue et al. | p‐Type MoS2 and n‐Type ZnO diode and its performance enhancement by the piezophototronic effect | |
| Yoo et al. | High photosensitive indium–gallium–zinc oxide thin-film phototransistor with a selenium capping layer for visible-light detection | |
| Huang et al. | Realization of a self-powered InGaZnO MSM UV photodetector using localized surface fluorine plasma treatment | |
| CN105023969B (zh) | 一种基于金属纳米结构的光吸收增强型石墨烯晶体管 | |
| JP5897621B2 (ja) | 透明な整流性の金属−金属酸化物−半導体接触構造およびその製造方法および使用 | |
| Huang et al. | A self-powered ultraviolet photodiode using an amorphous InGaZnO/p-silicon nanowire heterojunction | |
| Lu et al. | A comparative study on fluorination and oxidation of indium–gallium–zinc oxide thin-film transistors | |
| CN110993721B (zh) | 一种光敏薄膜晶体管及其制备方法 | |
| CN112436070B (zh) | 一种量子点异质结日盲紫外探测芯片及其制备方法 | |
| Lee et al. | Emission mechanisms of passivated single n-ZnO: In/i-ZnO/p-GaN-heterostructured nanorod light-emitting diodes | |
| Wang et al. | Excellent electroluminescence and electrical characteristics from p-CuO/i-Ga2O3/n-GaN light-emitting diode prepared by magnetron sputtering | |
| Singh et al. | Low Operating Voltage Solution Processed (Li₂ZnO₂) Dielectric and (SnO₂) Channel-Based Medium Wave UV-B Phototransistor for Application in Phototherapy | |
| Chang et al. | Amorphous InGaZnO ultraviolet phototransistors with a thin Ga 2 O 3 layer | |
| CN109888072A (zh) | 一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法 | |
| Singh et al. | Effect of mesa structure formation on the electrical properties of zinc oxide thin film transistors | |
| CN210092115U (zh) | 一种基于石墨烯的可调波长led | |
| Odeh et al. | Metal oxides in electronics | |
| Somvanshi et al. | Effect of ZnO seed layer on the electrical characteristics of Pd/ZnO thin-film-based Schottky contacts grown on n-Si substrates | |
| CN107706260A (zh) | 一种二硒化钨薄片/氧化铟纳米线复合结构近红外光电探测器及其制备方法 | |
| CN109192822B (zh) | 一种石墨烯/金属纳米颗粒-pmma/石墨烯/氮化镓发光二极管及其制备方法 | |
| Chen et al. | Function of a Dual-Active-Layer Amorphous Indium–Gallium–Zinc Oxide Thin-Film Transistor with Ultraviolet-Induced Effects | |
| Wang et al. | Analogy of Photogating to Voltage-Gating in Zinc-Tin Oxide Thin-Film Transistor: Efficiency and Current Saturation Mechanism | |
| CN105789130A (zh) | 一种基于碳纳米管薄膜晶体管的cmos反相器的制作方法 | |
| Yang et al. | Single CdTe microwire photodetectors grown by close-spaced sublimation method | |
| KR101665863B1 (ko) | 정류 다이오드 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |