CN111146351B - 具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents

具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制备方法，从下而上依次设置栅极、绝缘层、电子传输层、第一介电层、量子点发光层、第二介电层、空穴传输层、源/漏极，第一介电层修饰电子传输层和量子点发光层的界面，第二介电层修饰量子点发光层与空穴传输层界面。通过介电层修饰量子点发光层与空穴传输层的界面，不仅减少空穴传输层与发光层间的空穴注入势垒，并且减少发光层的针孔，改善空穴的注入效率，降低非辐射复合，显著提高了发光场效应晶体管的发光效率。本发明还使用介电层修饰电子传输层与量子点发光层的界面，可以降低电子传输层内部的陷阱密度，抑制非辐射复合，从而进一步提高器件的发光效率。

Description

具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种发光场效应晶体管及其制备方法，特别是涉及一种量子点发光晶体管及其制备方法，应用于半导体材料制备工艺技术领域。
背景技术
发光场效应晶体管因其具有特殊的光电性能，兼具场效应晶体管的开关能力和发光二极管的电致发光特性，被认为是具有巨大发展前景的新型显示器件。相对于传统的光电器件，发光场效应晶体管，是一种相对较新的器件结构，在研究载流子的传输特性与激子的发光上具有重要的科学研究价值。同时由于发光晶体管具有高电流密度，低的金属电极吸收损耗等特点，是构筑电泵浦激光器的一种理想结构。在应用方面，基于发光晶体管的平板显示技术相比于有机发光二极管或量子点发光二极管的平板显示技术具有更简单的工艺流程和更高的集成度，可大幅降低面板制备成本、提升良率及面板整体性能，被视为下一代平板显示技术的有力竞争者。
然而，在典型的多层异质结发光场效应晶体管中，载流子注入电极(源极和漏极)沉积在载流子传输层的顶部，因发光层和载流子传输层之间存在大的势垒或差的界面接触，载流子无法通过电荷传输层注入发光层而只能停留在顶部电荷传输层传输，从而降低器件的发光性能。通常采用的空穴传输层材料PEDOT：PSS为水溶性空穴传输材料，直接旋涂在量子点上会破坏量子点薄膜，同时，PEDOT：PSS与量子点发光层之间存在较大的空穴注入势垒，不利于空穴注入量子点发光层。另外，通常采用的电子传输层材料氧化锌具有较高的表面体积比以及由氧空位造成的大量的表面缺陷态，会引起非辐射复合，从而恶化器件的发光效率。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制备方法，通过介电层修饰量子点发光层与空穴传输层的界面，不仅减少空穴传输层与发光层间的空穴注入势垒，并且减少发光层的针孔，改善空穴的注入效率，降低非辐射复合，显著提高了发光场效应晶体管的发光效率。本发明还使用介电层修饰电子传输层与量子点发光层的界面，可以降低电子传输层内部的陷阱密度，抑制非辐射复合，从而进一步提高器件的发光效率。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，从下而上依次设置栅极、绝缘层、电子传输层、第一介电层、量子点发光层、第二介电层、空穴传输层、源/漏极；栅极厚度为100-150nm；绝缘层厚度为140-150nm；电子传输层厚度为60-70nm；第一介电层厚度为1-10nm；量子点发光层厚度为20～25nm；第二介电层厚度为1-10nm；空穴传输层的厚度为50～60nm；源/漏极厚度为100～150nm；第一介电层修饰电子传输层和量子点发光层的界面，第二介电层修饰量子点发光层与空穴传输层界面。
上述栅极优选采用ITO导电玻璃。
上述绝缘层优选采用氧化铝(Al2O3)薄膜。
上述电子传输层优选采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜。
上述第一介电层优选采用甲基溴化胺(MABr)薄膜。
作为本发明优选的技术方案，量子点发光层采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm。
上述第二介电层优选采用聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜。
上述空穴传输层优选采用PEDOT：PSS薄膜。
上述源/漏极优选采用Al电极。
一种本发明具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的制备方法，步骤如下：
a.采用ITO透明导电玻璃进行清洗、干燥预处理，作为栅极；
b.通过原子层沉积方法，在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
c.通过溶液旋涂法，在绝缘层上继续制备电子传输层，并进行退火处理；
d.通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的电子传输层上继续制备MABr介电层，并进行退火处理，得到介电层，来修饰电子传输层与发光层界面；
e.通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的MABr介电层上继续制备量子点发光层，并进行退火处理；
f.通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的量子点发光层上继续制备PEIE介电层，并进行退火处理，得到介电层，来修饰发光层与空穴传输层界面；
g.通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的PEIE介电层上继续制备空穴传输层，并进行退火处理；
h.通过真空蒸镀法，将金属铝沉积在完成退火处理后的空穴传输层表面，制备源/漏极，从而得到具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管器件。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明解决了现有发光场效应晶体管发光效率低的问题，提供一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管器件，通过介电层修饰量子点发光层与空穴传输层的界面，不仅减少了空穴传输层与发光层间的空穴注入势垒，并且还减少了发光层的针孔，改善空穴的注入效率，降低非辐射复合，提高量子点发光晶体管的发光效率；
2.本发明使用介电层修饰电子传输层与量子点发光层的界面，可以降低电子传输层内部的陷阱密度，抑制非辐射复合，从而提高器件的发光效率；
3.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管结构示意图。
图2为本发明实施例1具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压图。
图3为对比例1的无PEIE、无MABr的量子点发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压关系图。
图4为对比例2的MABr介电层修饰的量子点发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压关系图。
图5为对比例3的PEIE介电层修饰的量子点发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压关系图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例1：
在本实施例中，参见图1，一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，从下而上依次设置栅极1、绝缘层2、电子传输层3、第一介电层4、量子点发光层5、第二介电层6、空穴传输层7、源/漏极8；
栅极1厚度为150nm，栅极1采用ITO导电玻璃；
绝缘层2厚度为150nm，绝缘层2采用氧化铝(Al2O3)薄膜；
电子传输层3厚度为70nm，电子传输层3采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜；
第一介电层4厚度为3nm，第一介电层4采用甲基溴化胺(MABr)薄膜；
量子点发光层5厚度为25nm，量子点发光层5采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
第二介电层6厚度为7nm，第二介电层6采用聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜；
空穴传输层7的厚度为60nm，空穴传输层7采用PEDOT：PSS薄膜；
源/漏极8厚度为100nm，源/漏极8采用Al电极；
第一介电层4修饰电子传输层3和量子点发光层5的界面，第二介电层6修饰量子点发光层5与空穴传输层7界面。
在本实施例中，参见图1，一种本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
a.含ITO透明电极(即栅极)的玻璃衬底的清洗：
采用厚度为150nm的ITO透明导电玻璃，分别使用清洁剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理各30min，待玻璃烘干后，进行UV处理10min进行深度清洁，得到洁净干燥的ITO透明导电玻璃，作为栅极；
b.绝缘层的制备：
在200℃下，通过原子层沉积(ALD)方法，使在步骤a中处理后的洁净干燥的ITO透明导电玻璃交替暴露在Al(CH3)3和H2O蒸汽中，以每循环
Figure BDA0002353588270000041
的沉积速率沉积厚度为150nm的Al2O3，从而在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
c.电子传输层的制备：
将在步骤b中完成绝缘层制备的器件转移至氮气手套箱，以2000转/分钟的转速，旋涂浓度为30mg/ml的氧化锌乙醇溶液，旋涂时间40s，在绝缘层上继续制备厚度为70nm的氧化锌薄膜，在旋涂完成后，在150℃下进行退火处理30min，从而采用氧化锌纳米颗粒制成电子传输层；
d.第一介电层的制备：
采用DMSO作为溶剂，制备浓度为0.5mg/ml的MABr溶液，在步骤c中完成退火处理后的电子传输层上，继续旋涂MABr溶液，控制转速为2000r/min，旋涂时间40s，旋涂完成后在100℃下进行退火处理10min，得到厚度为3nm的甲基溴化胺(MABr)薄膜介电层，来修饰电子传输层与发光层界面；
e.量子点发光层的制备：
在步骤d中完成退火后的MABr介电层上，继续旋涂量子点溶液，其中量子点为具有核壳结构的CdSe/ZnS，分散于正辛烷中，量子点浓度为18mg/ml，控制转速是2000r/min，旋涂时间50s，旋涂完成后，在90℃下进行退火处理20min，得到厚度为25nm的CdSe/ZnS量子点薄膜；量子点发光层采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
f.第二介电层的制备：
采用乙二醇甲醚作为溶剂，制备浓度为0.8％w/v的PEIE溶液，在上述步骤e中制备的量子点发光层上，继续旋涂一层PEIE溶液，控制转速为5000r/min，旋涂时间为40s，在旋涂完成后，在120℃下进行退火处理20min，得到厚度为7nm的聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜介电层，来修饰修饰量子点发光层与空穴传输层的界面；
g.空穴传输层的制备：
采用PEDOT：PSS作为溶质，异丙醇作为溶剂，配制溶质和异丙醇的体积比为1:1的比例的PEDOT：PSS溶液；在步骤f中完成退火后的第二介电层的表面再旋涂一层PEDOT：PSS溶液，控制转速为4000r/min，旋涂时间为60s，在旋涂完成后，在130℃下进行退火处理20min，得到厚度为60nm PEDOT：PSS薄膜；
h.源/漏极的制备：
将在步骤g中完成退火后的器件转移至真空蒸镀室，通过真空蒸镀法，在空穴传输层表面上蒸镀Al电极，厚度为100nm，制备源/漏极，从而得到具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管器件。
实验测试分析：
对本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管进行实验测试分析，参见图2，图2为本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压图。从图2可以看出，本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的电流效率和栅极电压的绝对值基本保持正相关性，量子点发光晶体管的发光效率得到优化。
实施例2：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，从下而上依次设置栅极1、绝缘层2、电子传输层3、第一介电层4、量子点发光层5、第二介电层6、空穴传输层7、源/漏极8；
栅极1厚度为100nm，栅极1采用ITO导电玻璃；
绝缘层2厚度为140nm，绝缘层2采用氧化铝(Al2O3)薄膜；
电子传输层3厚度为60nm，电子传输层3采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜；
第一介电层4厚度为1nm，第一介电层4采用甲基溴化胺(MABr)薄膜；
量子点发光层5厚度为20nm，量子点发光层5采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
第二介电层6厚度为3nm，第二介电层6采用聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜；
空穴传输层7的厚度为50nm，空穴传输层7采用PEDOT：PSS薄膜；
源/漏极8厚度为150nm，源/漏极8采用Al电极；
第一介电层4修饰电子传输层3和量子点发光层5的界面，第二介电层6修饰量子点发光层5与空穴传输层7界面。
在本实施例中，参见图1，一种本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
a.含ITO透明电极(即栅极)的玻璃衬底的清洗：
采用厚度为100nm的ITO透明导电玻璃，分别使用清洁剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理各30min，待玻璃烘干后，进行UV处理10min进行深度清洁，得到洁净干燥的ITO透明导电玻璃，作为栅极；
b.绝缘层的制备：
在200℃下，通过原子层沉积(ALD)方法，使在步骤a中处理后的洁净干燥的ITO透明导电玻璃交替暴露在Al(CH3)3和H2O蒸汽中，以每循环
Figure BDA0002353588270000061
的沉积速率沉积厚度为140nm的Al2O3，从而在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
c.电子传输层的制备：
将在步骤b中完成绝缘层制备的器件转移至氮气手套箱，以3000转/分钟的转速，旋涂浓度为30mg/ml的氧化锌乙醇溶液，旋涂时间40s，在绝缘层上继续制备厚度为60nm的氧化锌薄膜，在旋涂完成后，在150℃下进行退火处理30min，从而采用氧化锌纳米颗粒制成电子传输层；
d.第一介电层的制备：
采用DMSO作为溶剂，制备浓度为0.5mg/ml的MABr溶液，在步骤c中完成退火处理后的电子传输层上，继续旋涂MABr溶液，控制转速为3000r/min，旋涂时间40s，旋涂完成后在100℃下进行退火处理10min，得到厚度为10nm的甲基溴化胺(MABr)薄膜介电层，来修饰电子传输层与发光层界面；
e.量子点发光层的制备：
在步骤d中完成退火后的MABr介电层上，继续旋涂量子点溶液，其中量子点为具有核壳结构的CdSe/ZnS，分散于正辛烷中，量子点浓度为18mg/ml，控制转速是3000r/min，旋涂时间50s，旋涂完成后，在90℃下进行退火处理20min，得到厚度为20nm的CdSe/ZnS量子点薄膜；量子点发光层采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
f.第二介电层的制备：
采用乙二醇甲醚作为溶剂，制备浓度为0.8％w/v的PEIE溶液，在上述步骤e中制备的量子点发光层上，继续旋涂一层PEIE溶液，控制转速为6000r/min，旋涂时间为40s，在旋涂完成后，在120℃下进行退火处理20min，得到厚度为1nm的聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜介电层，来修饰修饰量子点发光层与空穴传输层的界面；
g.空穴传输层的制备：
采用PEDOT：PSS作为溶质，异丙醇作为溶剂，配制溶质和异丙醇的体积比为1:1的比例的PEDOT：PSS溶液；在步骤f中完成退火后的第二介电层的表面再旋涂一层PEDOT：PSS溶液，控制转速为5000r/min，旋涂时间为40s，在旋涂完成后，在130℃下进行退火处理20min，得到厚度为50nm PEDOT：PSS薄膜；
h.源/漏极的制备：
将在步骤g中完成退火后的器件转移至真空蒸镀室，通过真空蒸镀法，在空穴传输层表面上蒸镀Al电极，厚度为150nm，制备源/漏极，从而得到具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管器件。
实验测试分析：
对本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管进行实验测试分析，本实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的电流效率和栅极电压的绝对值基本保持正相关性，量子点发光晶体管的发光效率得到优化。
对比例1：
在本对比例中，一种发光场效应晶体管，是一种无PEIE、MABr介电层的量子点发光场效应晶体管，其从下而上依次设置栅极1、绝缘层2、电子传输层3、量子点发光层5、空穴传输层7、源/漏极8；
栅极1厚度为150nm，栅极1采用ITO导电玻璃；
绝缘层2厚度为150nm，绝缘层2采用氧化铝(Al2O3)薄膜；
电子传输层3厚度为70nm，电子传输层3采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜；
量子点发光层5厚度为25nm，量子点发光层5采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
空穴传输层7的厚度为60nm，空穴传输层7采用PEDOT：PSS薄膜；
源/漏极8厚度为100nm，源/漏极8采用Al电极。
在本对比例中，一种本对比例发光场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
①含ITO透明电极(即栅极)的玻璃衬底的清洗：
采用厚度为150nm的ITO透明导电玻璃，分别使用清洁剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理各30min，待玻璃烘干后，进行UV处理10min进行深度清洁，得到洁净干燥的ITO透明导电玻璃，作为栅极；
②绝缘层的制备：
在200℃下，通过原子层沉积(ALD)方法，使在步骤①中处理后的洁净干燥的ITO透明导电玻璃交替暴露在Al(CH3)3和H2O蒸汽中，以每循环
Figure BDA0002353588270000081
的沉积速率沉积厚度为150nm的Al2O3，从而在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
③电子传输层的制备：
将在步骤②中完成绝缘层制备的器件转移至氮气手套箱，以2000转/分钟的转速，旋涂浓度为30mg/ml的氧化锌乙醇溶液，旋涂时间40s，在绝缘层上继续制备厚度为70nm的氧化锌薄膜，在旋涂完成后，在150℃下进行退火处理30min，从而采用氧化锌纳米颗粒制成电子传输层；
④量子点发光层的制备：
在步骤③中完成退火后的电子传输层上，继续旋涂量子点溶液，其中量子点为具有核壳结构的CdSe/ZnS，分散于正辛烷中，量子点浓度为18mg/ml，控制转速是2000r/min，旋涂时间50s，旋涂完成后，在90℃下进行退火处理20min，得到厚度为25nm的CdSe/ZnS量子点薄膜；量子点发光层采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
⑤空穴传输层的制备：
采用PEDOT：PSS作为溶质，异丙醇作为溶剂，配制溶质和异丙醇的体积比为1:1的比例的PEDOT：PSS溶液；在步骤④中完成退火后的量子点发光层的表面再旋涂一层PEDOT：PSS溶液，控制转速为4000r/min，旋涂时间为60s，在旋涂完成后，在130℃下进行退火处理20min，得到厚度为60nm PEDOT：PSS薄膜；
⑥源/漏极的制备：
将在步骤⑤中完成退火后的器件转移至真空蒸镀室，通过真空蒸镀法，在空穴传输层表面上蒸镀Al电极，厚度为100nm，制备源/漏极，从而得到发光场效应晶体管器件。
实验测试分析：
对本对比例发光场效应晶体管进行实验测试分析，参见图3，图3为本对比例的无PEIE、无MABr的量子点发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压关系图。从图3可以看出，本对比例发光场效应晶体管的电流效率和栅极电压的绝对值不存在正相关性，量子点发光晶体管的发光效率恶化。
对比例2：
在本对比例中，一种发光场效应晶体管，是一种MABr介电层修饰的量子点发光场效应晶体管，其从下而上依次设置栅极1、绝缘层2、电子传输层3、介电层4、量子点发光层5、空穴传输层7、源/漏极8；
栅极1厚度为150nm，栅极1采用ITO导电玻璃；
绝缘层2厚度为150nm，绝缘层2采用氧化铝(Al2O3)薄膜；
电子传输层3厚度为70nm，电子传输层3采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜；
介电层4厚度为3nm，介电层4采用甲基溴化胺(MABr)薄膜；
量子点发光层5厚度为25nm，量子点发光层5采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
空穴传输层7的厚度为60nm，空穴传输层7采用PEDOT：PSS薄膜；
源/漏极8厚度为100nm，源/漏极8采用Al电极；介电层修饰电子传输层3和量子点发光层5的界面。
在本对比例中，一种本对比例发光场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
①含ITO透明电极(即栅极)的玻璃衬底的清洗：
采用厚度为150nm的ITO透明导电玻璃，分别使用清洁剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理各30min，待玻璃烘干后，进行UV处理10min进行深度清洁，得到洁净干燥的ITO透明导电玻璃，作为栅极；
②绝缘层的制备：
在200℃下，通过原子层沉积(ALD)方法，使在步骤①中处理后的洁净干燥的ITO透明导电玻璃交替暴露在Al(CH3)3和H2O蒸汽中，以每循环
Figure BDA0002353588270000091
的沉积速率沉积厚度为150nm的Al2O3，从而在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
③电子传输层的制备：
将在步骤②中完成绝缘层制备的器件转移至氮气手套箱，以2000转/分钟的转速，旋涂浓度为30mg/ml的氧化锌乙醇溶液，旋涂时间40s，在绝缘层上继续制备厚度为70nm的氧化锌薄膜，在旋涂完成后，在150℃下进行退火处理30min，从而采用氧化锌纳米颗粒制成电子传输层；
④介电层的制备：
采用DMSO作为溶剂，制备浓度为0.5mg/ml的MABr溶液，在步骤③中完成退火处理后的电子传输层上，继续旋涂MABr溶液，控制转速为2000r/min，旋涂时间40s，旋涂完成后在100℃下进行退火处理10min，得到厚度为3nm的甲基溴化胺(MABr)薄膜介电层，来修饰电子传输层与发光层界面；
⑤量子点发光层的制备：
在步骤④中完成退火后的介电层上，继续旋涂量子点溶液，其中量子点为具有核壳结构的CdSe/ZnS，分散于正辛烷中，量子点浓度为18mg/ml，控制转速是2000r/min，旋涂时间50s，旋涂完成后，在90℃下进行退火处理20min，得到厚度为25nm的CdSe/ZnS量子点薄膜；量子点发光层采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
⑥空穴传输层的制备：
采用PEDOT：PSS作为溶质，异丙醇作为溶剂，配制溶质和异丙醇的体积比为1:1的比例的PEDOT：PSS溶液；在步骤⑤中完成退火后的量子点发光层的表面再旋涂一层PEDOT：PSS溶液，控制转速为4000r/min，旋涂时间为60s，在旋涂完成后，在130℃下进行退火处理20min，得到厚度为60nm PEDOT：PSS薄膜；
⑦源/漏极的制备：
将在步骤⑥中完成退火后的器件转移至真空蒸镀室，通过真空蒸镀法，在空穴传输层表面上蒸镀Al电极，厚度为100nm，制备源/漏极，从而得到MABr介电层修饰的量子点发光场效应晶体管器件。
实验测试分析：
对本对比例发光场效应晶体管进行实验测试分析，参见图4，图4为本对比例的MABr介电层修饰的量子点发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压关系图。从图4可以看出，本对比例发光场效应晶体管的电流效率和栅极电压的绝对值的正相关性存在较多不确定性，相对对比例1，本对比例量子点发光晶体管的发光效率改善程度有限。
对比例3：
在本对比例中，一种发光场效应晶体管，是一种PEIE介电层修饰的量子点发光场效应晶体管，其从下而上依次设置栅极1、绝缘层2、电子传输层3、量子点发光层5、介电层6、空穴传输层7、源/漏极8；
栅极1厚度为150nm，栅极1采用ITO导电玻璃；
绝缘层2厚度为150nm，绝缘层2采用氧化铝(Al2O3)薄膜；
电子传输层3厚度为70nm，电子传输层3采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜；
量子点发光层5厚度为25nm，量子点发光层5采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
介电层6厚度为7nm，介电层6采用聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜；
空穴传输层7的厚度为60nm，空穴传输层7采用PEDOT：PSS薄膜；
源/漏极8厚度为100nm，源/漏极8采用Al电极；介电层修饰量子点发光层5与空穴传输层7界面。
在本对比例中，一种本对比例发光场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
i.含ITO透明电极(即栅极)的玻璃衬底的清洗：
采用厚度为150nm的ITO透明导电玻璃，分别使用清洁剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理各30min，待玻璃烘干后，进行UV处理10min进行深度清洁，得到洁净干燥的ITO透明导电玻璃，作为栅极；
ⅱ.绝缘层的制备：
在200℃下，通过原子层沉积(ALD)方法，使在步骤i中处理后的洁净干燥的ITO透明导电玻璃交替暴露在Al(CH3)3和H2O蒸汽中，以每循环
Figure BDA0002353588270000111
的沉积速率沉积厚度为150nm的Al2O3，从而在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
ⅲ.电子传输层的制备：
将在步骤ⅱ中完成绝缘层制备的器件转移至氮气手套箱，以2000转/分钟的转速，旋涂浓度为30mg/ml的氧化锌乙醇溶液，旋涂时间40s，在绝缘层上继续制备厚度为70nm的氧化锌薄膜，在旋涂完成后，在150℃下进行退火处理30min，从而采用氧化锌纳米颗粒制成电子传输层；
ⅳ.量子点发光层的制备：
在步骤ⅲ中完成退火后的电子传输层上，继续旋涂量子点溶液，其中量子点为具有核壳结构的CdSe/ZnS，分散于正辛烷中，量子点浓度为18mg/ml，控制转速是2000r/min，旋涂时间50s，旋涂完成后，在90℃下进行退火处理20min，得到厚度为25nm的CdSe/ZnS量子点薄膜；量子点发光层采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜，CdSe/ZnS量子点的发光效率为70～90％，发射波长为525～535nm，半高宽为22～25nm；
ⅴ.介电层的制备：
采用乙二醇甲醚作为溶剂，制备浓度为0.8％w/v的PEIE溶液，在上述步骤ⅳ中制备的量子点发光层上，继续旋涂一层PEIE溶液，控制转速为5000r/min，旋涂时间为40s，在旋涂完成后，在120℃下进行退火处理20min，得到厚度为7nm的聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜介电层，来修饰修饰量子点发光层与空穴传输层的界面；
vi.空穴传输层的制备：
采用PEDOT：PSS作为溶质，异丙醇作为溶剂，配制溶质和异丙醇的体积比为1:1的比例的PEDOT：PSS溶液；在步骤ⅴ中完成退火后的介电层的表面再旋涂一层PEDOT：PSS溶液，控制转速为4000r/min，旋涂时间为60s，在旋涂完成后，在130℃下进行退火处理20min，得到厚度为60nm PEDOT：PSS薄膜；
ⅶ.源/漏极的制备：
将在步骤vi中完成退火后的器件转移至真空蒸镀室，通过真空蒸镀法，在空穴传输层表面上蒸镀Al电极，厚度为100nm，制备源/漏极，从而得到PEIE介电层修饰的量子点发光场效应晶体管。
实验测试分析：
对本对比例发光场效应晶体管进行实验测试分析，参见图5，图5为本对比例的PEIE介电层修饰的量子点发光场效应晶体管的电流效率-栅极电压关系图。从图5可以看出，本对比例发光场效应晶体管的电流效率和栅极电压的绝对值的正相关性存在较多不确定性，相对对比例1，本对比例量子点发光晶体管的发光效率改善程度有限。
综上，上述实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管自下而上分别是：第一层，即栅极，由ITO透明导电玻璃构成；第二层，即绝缘层，通过原子层沉积技术沉积；第三层，即电子传输层，通过溶液旋涂法形成；第四层，即MABr介电层，通过溶液旋涂法形成，修饰电子传输层与发光层界面；第五层，即量子点发光层，通过溶液旋涂法形成；第六层，即PEIE介电层，通过溶液旋涂法形成，修饰发光层与空穴传输层界面；第七层，即空穴传输层，通过溶液旋涂法形成；第八层，即源/漏极，为金属铝，通过真空蒸镀将金属铝沉积在空穴传输层表面。参见图2-图5，上述实施例具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制备方法，有效解决现有发光场效应晶体管发光效率低的问题，通过PEIE介电层修饰量子点发光层与PEDOT：PSS空穴传输层的界面，不仅可以减少空穴传输层与发光层间的空穴注入势垒，并且可以减少发光层的针孔，改善空穴的注入效率，降低非辐射复合，提高量子点发光晶体管的发光效率。上述实施例使用MABr介电层修饰ZnO电子传输层与量子点发光层的界面，可以降低ZnO内部的陷阱密度，抑制非辐射复合，从而提高器件的发光效率。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：从下而上依次设置栅极（1）、绝缘层（2）、电子传输层（3）、第一介电层（4）、量子点发光层（5）、第二介电层（6）、空穴传输层（7）、源/漏极（8）；所述栅极（1）厚度为100-150 nm；所述绝缘层（2）厚度为140-150 nm；所述电子传输层（3）厚度为60-70 nm；所述第一介电层（4）厚度为1-10nm；所述量子点发光层（5）厚度为20~25 nm；所述第二介电层（6）厚度为1-10 nm；所述空穴传输层（7）的厚度为50~60 nm；所述源/漏极（8）厚度为100~150 nm；第一介电层（4）修饰电子传输层（3）和量子点发光层（5）的界面，第二介电层（6）修饰量子点发光层（5）与空穴传输层（7）界面；所述第一介电层（4）采用甲基溴化胺薄膜形成MABr介电层，所述电子传输层（3）采用ZnO的电子传输层（3），使用MABr介电层修饰ZnO的电子传输层（3）与量子点发光层（5）的界面，降低ZnO表面的陷阱密度，抑制非辐射复合。
2.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述栅极（1）采用ITO导电玻璃。
3.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述绝缘层（2）采用氧化铝(Al2O3)薄膜。
4.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述电子传输层（3）采用氧化锌纳米颗粒制成氧化锌薄膜。
5.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述量子点发光层（5）采用具有核壳结构的CdSe/ZnS量子点制成CdSe/ZnS量子点薄膜， 所述CdSe/ZnS量子点的发光效率为70~90%，发射波长为525~535 nm，半高宽为22~25nm。
6.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述第二介电层（6）采用聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)薄膜。
7.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述空穴传输层（7）采用PEDOT：PSS薄膜。
8.根据权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管，其特征在于：所述源/漏极（8）采用Al电极。
9.一种权利要求1所述具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 采用ITO透明导电玻璃进行清洗、干燥预处理，作为栅极；
b. 通过原子层沉积方法，在ITO透明导电玻璃上沉积制备绝缘层；
c. 通过溶液旋涂法，在绝缘层上继续制备电子传输层，并进行退火处理；
d. 通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的电子传输层上继续制备MABr介电层，并进行退火处理，得到介电层，来修饰电子传输层与发光层界面；
e. 通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的MABr介电层上继续制备量子点发光层，并进行退火处理；
f. 通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的量子点发光层上继续制备PEIE介电层，并进行退火处理，得到介电层，来修饰发光层与空穴传输层界面；
g. 通过溶液旋涂法，在完成退火处理后的PEIE介电层上继续制备空穴传输层，并进行退火处理；
h. 通过真空蒸镀法，将金属铝沉积在完成退火处理后的空穴传输层表面，制备源/漏极，从而得到具有介电层/量子点/介电层结构的发光场效应晶体管器件。
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