CN110085756B - 背接触式钙钛矿发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背接触式钙钛矿发光二极管，包括：绝缘衬底；金属电极，设置于该绝缘衬底上，该金属电极的上表面在同一平面上；第一绝缘层，包覆在该金属电极上；以及钙钛矿薄膜，设置于该第一绝缘层上。本发明提供的该钙钛矿发光二极管的结构简单与现有的CMOS工艺兼容，易于集成大规模制备，还具有可精确定制图形等优势。

Description

背接触式钙钛矿发光二极管
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种背接触式钙钛矿发光二极管。
背景技术
钙钛矿材料作为一种优异的光电半导体材料不仅可以用于太阳电池，也被广泛的用于发光二极管的研究。目前钙钛矿发光二极管(PeLED)的结构主要采用与有机发光二极管(OLED)类似的叠层结构，并使用空穴传输材料和电子传输材料。但是钙钛矿材料与有机发光材料有着一些较大的差异。其中最主要的差异在于钙钛矿材料的载流子扩散长度远远大于有机发光材料的载流子扩散长度，且叠层结构中空穴或电子传输层及透明电极在一定程度上阻挡了有源层的发光，降低了器件的发光效率。使得适用于OLED的结构可能不是PeLED的最佳结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种背接触式钙钛矿发光二极管，该新型发光二极管材料省去了空穴和传输材料，采用隧穿电流的方式注入电子和空穴。以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
本发明提供了一种背接触式钙钛矿发光二极管，包括如下部分：
绝缘衬底；
金属电极，设置于上述绝缘衬底上，该金属电极的上表面在同一平面上；
第一绝缘层，包覆在上述金属电极上；
以及钙钛矿薄膜，设置于上述第一绝缘层上；
优选的，其中，该绝缘衬底包括：
硅衬底；
第二绝缘层，该第二绝缘层为氧化硅或氮化硅，设置于该硅衬底上；进一步的，该第二绝缘层厚度为100-2000nm。
该金属电极为叉指电极；进一步的，该金属电极的材料为金、银或铝，更进一步的，该金属电极厚度为50-500nm，各个金属电极之间的间距为5-1000nm，金属电极宽度为5-5000nm。
该第一绝缘层为氧化铝、氟化锂或氮化硅；进一步的，该第一绝缘层厚度为2-20nm。
该钙钛矿薄膜材料的分子式为ABX3，其中A包括MA+、FA+、Cs+及其二元或多元组分混合，B包括pb2+、Sn2+及其二元组分混合，X包括Cl-，Br-，I-及其二元或多元组分混合；进一步的，该钙钛矿薄膜厚度为50-2000nm。
基于上述技术方案，本发明提供的该背接触式钙钛矿发光二极管，其有益效果在于：
(1)本发明提出的新型的钙钛矿发光二极管结构采用隧穿电流注入电子和空穴，不需要空穴传输材料及电子传输材料，简化工艺节省成本；
(2)本发明提出的背接触共平面金属电极的制备与现有的CMOS工艺兼容，易于大规模集成化制备，进一步降低了成本；
(3)本发明提出的新型的钙钛矿发光二极管结构有源层没有任何阻挡，有利于器件更高效率的发光。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明应用的钙钛矿发光二极管实施例的结构示意图；
图2是本发明应用的钙钛矿发光二极管实施例的制备步骤示意图；
图3是本发明应用的钙钛矿发光二极管实施例的部分金属电极图案。
图中：
硅衬底1 氧化硅2 金属电极3 超薄的氧化铝4 钙钛矿薄膜5
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。本领域技术人员应该明了，所述实施例不应视为对本发明的具体限制。
为了应对背景技术中所述的问题，一种利用钙钛矿材料超长载流子扩散长度的优异特性的新型的背接触式钙钛矿发光二极管，成为一种适配于钙钛矿材料的新结构。
针对于此，本发明一实施例提供了一种背接触式钙钛矿发光二极管结构，请参照图1，其包括：
绝缘衬底，包括硅衬底1和设置于该衬底1上的第二绝缘层2；
在绝缘衬底上共平面的金属电极3；
包覆在该金属电极上的超薄的第一绝缘层4；以及
设置在超薄第一绝缘层上的钙钛矿薄膜5。
本发明另一实施例提出一种基于上述背接触式钙钛矿发光二极管的制备方法，请参照图2，该新型发光二极管材料省去了空穴和传输材料，采用隧穿电流的方式注入电子和空穴。新型的钙钛矿发光二极管结构有源层没有任何阻挡，有利于器件更高效率的发光。制备工艺为：在绝缘衬底上制备图案化的金属电极；再在金属电极上制备一层超薄的第一绝缘层；最后在第一绝缘层上制备钙钛矿材料得到该钙钛矿发光二极管。
该方法制备工艺简单，成本低，与现有的CMOS工艺兼容，易于大规模集成化制备，其器件效率较高。具体的，本发明实施例提供了一种该新型的背接触式钙钛矿发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在绝缘衬底(设置于硅衬底1的第二绝缘层2)上制备图案化的金属电极3；
步骤2：再在金属电极3上制备一层超薄的第一绝缘层4；
步骤3：最后在第一绝缘层4上通过钙钛矿材料制备钙钛矿薄膜5得到钙钛矿发光二极管。
一些实施例中，步骤1中所述的绝缘衬底中的第二绝缘层2的材料可为氧化硅或/和氮化硅，该第二绝缘层2厚度为100-2000nm。
一些实施例中，步骤1中所述的图案化金属电极3为叉指电极，该金属电极3的材料可以为金、银或铝，该金属电极3的厚度为50-500nm，其中各个电极之间的间距为5-1000nm，金属电极宽度为5-5000nm。
一些实施例中，步骤2中所述的超薄的第一绝缘层4的材料可以为氧化铝、氟化锂或氮化硅，其厚度为2-20nm。
一些实施例中，步骤3中所述的钙钛矿材料为多晶或单晶薄膜材料，厚度为50-2000nm。该钙钛矿材料的分子式为ABX3，其中A包括MA+(分子式为CH3NH3 +)、FA+(分子式为(NH2)2CH+)、HIM(分子式为C3N2H5 +)、GUA(分子式为C(NH2)3 +)、PIP(分子式为C4H12N2 2+)、AZE(分子式为(CH2)3NH2 +)、HAZ(分子式为NH2NH3 +)、DMA(分子式为(CH3)2NH2 +)、EA(分子式为CH3CH2NH3 +)、TPrA(分子式为N(C3H7)4 +)、TrMA(分子式为(CH3)3NH+)以及TMA(分子式为(CH3)4N+)等且不限于此，Cs+及其二元或多元组分混合，B包括pb2+，Sn2+及其二元组分混合，X包括Cl-，Br-，I-及其二元或多元组分混合。
以下列举具体实施例来对本发明的技术方案作进一步说明：
本发明又一具体实施例提供了一种新型的背接触式钙钛矿发光二极管的制备方法，器件结构如图1所示，包括如下步骤，如图2所示：
步骤1：在绝缘衬底(设置于硅衬底1的第二绝缘层2)上制备图案化的金属电极3；
在硅衬底1上热氧化一层300nm氧化硅，该氧化硅2即作为第二绝缘层2，在该氧化硅上蒸镀20/200nm的Ni/Au金属层，将该金属层通过电子束曝光(EBL)以及感应耦合等离子体(ICP)刻蚀得到设计好的叉指电极图案，作为金属电极3，如图3所示，该叉指电极指间距为500nm，电极宽度为1000nm，叉指对数为5。
步骤2：再在金属电极3上制备一层超薄的第一绝缘层4；
通过原子层沉积(ALD)技术在金属电极3表面包覆一层5nm的氧化铝，作为第一绝缘层4。
步骤3：最后在第一绝缘层4上通过钙钛矿材料制备钙钛矿薄膜5得到钙钛矿发光二极管。
采用本领域中常规方法制备钙钛矿前驱体MAPbI3，通过一步旋涂法制备钙钛矿薄膜5，厚度为500nm。
至此，完成了一个具体的背接触式钙钛矿发光二极管的制备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种背接触式钙钛矿发光二极管，其特征在于，包括：
硅衬底；
第二绝缘层，所述第二绝缘层为氧化硅或氮化硅，设置于所述硅衬底上；
金属电极，设置于所述第二绝缘层上，所述金属电极的上表面在同一平面上；
第一绝缘层，包覆在所述金属电极上；以及
钙钛矿薄膜，设置于所述第一绝缘层上；
其中，与所述钙钛矿薄膜接触的第一绝缘层使用绝缘材料，不使用空穴传输材料及电子传输材料，形成的所述钙钛矿发光二极管的结构采用隧穿电流注入电子和空穴；
其中，所述背接触式钙钛矿发光二极管的有源层没有任何阻挡。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述第二绝缘层厚度为100-2000nm。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述金属电极为叉指电极。
4.根据权利要求1或3所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述金属电极的材料为金、银或铝。
5.根据权利要求4所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述金属电极厚度为50-500nm，所述金属电极之间的间距为5-1000nm，所述金属电极宽度为5-5000nm。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述第一绝缘层为氧化铝、氟化锂或氮化硅。
7.根据权利要求1或6所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述第一绝缘层厚度为2-20nm。
8.根据权利要求1所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿薄膜材料的分子式为ABX3，其中A包括MA+、FA+、Cs+及其二元或至少三元组分混合，B包括Pb2+、Sn2+及其二元组分混合，X包括Cl-，Br-，I-及其二元或至少三元组分混合。
9.根据权利要求1或8所述的钙钛矿发光二极管，其特征在于，所述钙钛矿薄膜厚度为50-2000nm。
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