CN116390517A - 钙钛矿发光晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钙钛矿发光晶体管及其制备方法，属于电致发光技术领域。本发明的钙钛矿发光晶体管包括：衬底、栅极、介电层、沟道层、源电极、钙钛矿发光功能层以及漏电极；其中，衬底、栅极、介电层、沟道层层叠设置，源电极与钙钛矿发光功能层相邻设置且位于沟道层背离介电层的一侧，漏电极设置在钙钛矿发光功能层背离沟道层的一侧；钙钛矿发光功能层包括层叠设置的空穴传输层、钙钛矿发光层以及电子传输层。本发明利用钙钛矿材料作为发光层材料，形成集开关和发光功能于一体的钙钛矿发光晶体管器件，这种独特的器件结构是实现以集成化、高分辨率、节能化和多功能化为特征的下一代显示技术的最佳基元。
Description
技术领域
本发明属于电致发光技术领域，具体涉及一种钙钛矿发光晶体管及其制备方法。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿作为一种新兴的半导体材料，由于其优异的光电性能、高缺陷容忍性和多样化的制造工艺，在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等领域都得到了深入的研究和广泛应用。但相比而言，利用钙钛矿材料制备经典的器件——场效应晶体管（FET）仍然存在很大挑战，例如，集成度较差，稳定性差、成本高以及工艺制成复杂等。
针对此，本发明提出一种钙钛矿发光晶体管及其制备方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种钙钛矿发光晶体管及其制备方法。
本发明的一方面，提供一种钙钛矿发光晶体管，包括：衬底、栅极、介电层、沟道层、源电极、钙钛矿发光功能层以及漏电极；其中，
所述衬底、所述栅极、所述介电层、所述沟道层层叠设置，所述源电极与所述钙钛矿发光功能层相邻设置且位于所述沟道层背离所述介电层的一侧，所述漏电极设置在所述钙钛矿发光功能层背离所述沟道层的一侧；
所述钙钛矿发光功能层包括层叠设置的空穴传输层、钙钛矿发光层以及电子传输层。
可选的，所述钙钛矿发光层包括第一组分，所述第一组分的分子通式为ABX3；其中，
A为阳离子有机胺、甲脒或碱金属阳离子；
B为过渡金属阳离子；
X为卤素阴离子。
可选的，所述钙钛矿发光层的材料还包括第二组分；
所述第二组分包括丙胺、丁胺、戊胺、己胺、辛胺、苯甲胺、苯乙胺、苯丙胺以及各胺类氢碘酸盐中的一种。
可选的，所第一组分和所述第二组分的摩尔比例为1:(1～100)。
可选的，所述源电极包括空穴注入层和第一电极；
所述漏电极包括电子注入层和第二电极。
可选的，所述栅极采用透光导电材料，所述第一电极和所述第二电极采用不透光导电材料；或者，
所述栅极和所述第一电极采用不透光导电材料，所述第二电极采用透光导电材料。
可选的，所述栅极的电极采用金属材料或者铟锡氧化物；
所述空穴注入层的材料包括MoO3、WoO3、HAT-CN中的一种；
所述电子注入层的材料包括LiF、Cs2CO3、Liq中的一种；
所述第一电极和所述第二电的材料包括Ag、Al、Cu、Au、Mg中的一种或多种。
可选的，所述衬底采用透明的刚性材料或透明的柔性材料；
所述介电层的材料包括聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯苯酚、SiO2、NiOx、Al2O3、ZrO2中的一种；
所述沟道层的材料包括2,9-二癸基二萘[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩、2,7-二辛基-1-苯并噻吩-3,2-b-苯并噻吩、双萘并 [2,3-b:2′,3′-f]噻吩并 [3,2-b]噻吩、聚 [2,5- (2-辛基十二烷基)-3,6-二酮吡咯并吡咯-alt-5,5- (2,5-二(噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)]、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）中的一种或多种；
所述空穴传输层的材料包括4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]、三(4-咔唑基-9-基苯基)胺、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺、1,2,4,5-四(三氟甲基)苯、聚(9-乙烯基咔唑)、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）中的一种或多种；
所述电子传输层的材料包括ZnO、TiO2、1,3,5-三(2-N-苯-苯并咪唑)苯、2- (4-联苯基)-5-苯基恶二唑、1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯、1,3-双(3,5-二吡啶-3-基苯基)苯以及4,7-二苯基-1,10-菲罗啉中的一种。
可选的，所述栅极的厚度为10 nm～100 nm；
所述介电层的厚度为100 nm～1000 nm；
所述沟道层的厚度为30 nm～50 nm；
所述空穴传输层的厚度为20 nm～40 nm；
所述钙钛矿发光层的厚度为30 nm～40 nm；
所述电子传输层的厚度为30 nm～50 nm；
所述源电极的厚度为40 nm～60 nm；
所述漏电极的厚度为10 nm～100 nm。
本发明的另一方面，提出一种制备前文记载的所述的钙钛矿发光晶体管的方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次沉积形成栅极与介电层；
在所述介电层上形成沟道层；
在所述沟道层上形成源电极与空穴传输层；
在所述空穴传输层上形成钙钛矿发光层，并在所述钙钛矿发光层上形成电子传输层；
在所述电子传输层上形成漏电极。
本发明提出一种钙钛矿发光晶体管及其制备方法，本发明利用钙钛矿材料作为发光层材料，形成集开关和发光功能于一体的钙钛矿发光晶体管器件，具有较高的稳定性与集成度，这种独特的器件结构是实现以集成化、高分辨率、节能化和多功能化为特征的下一代显示技术的最佳基元。
附图说明
图1为本发明实施例的钙钛矿发光晶体管结构示意图；
图2为本发明实施例的钙钛矿发光晶体管制备方法的流程框图；
图3为本发明实施例1的钙钛矿发光晶体管的输出特性曲线；
图4为本发明实施例1的钙钛矿发光晶体管的线性转移曲线；
图5为本发明实施例1的钙钛矿发光晶体管的饱和转移曲线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
如图1所示，本发明的一方面，提出一种钙钛矿发光晶体管，包括：衬底110、栅极120、介电层130、沟道层140、源电极150、钙钛矿发光功能层160以及漏电极170；其中，衬底110、栅极120、介电层130、沟道层140层叠设置，源电极150与钙钛矿发光功能层160相邻设置且位于沟道层140背离介电层130的一侧，漏电极170设置在钙钛矿发光功能层160背离沟道层140的一侧，即该源电极150和漏电极170位于不同的平面上，为非共面非对称结构；钙钛矿发光功能层160包括层叠设置的空穴传输层161、钙钛矿发光层162以及电子传输层163。
本发明基于将空穴传输层、钙钛矿发光层以及电子传输层作为钙钛矿发光功能层，形成集开关和发光的功能于一体化的晶体管，可以简化显示面板的工艺制程，还可以在有限的芯片面积范围内更进一步提升其集成度。
本发明的器件结构中源电极和漏电极为非共面非对称结构，可以使电子空穴注入平衡，以提高发光效率。
进一步地，本发明钙钛矿发光功能层中的钙钛矿发光层材料包括第一组分，该第一组分的分子通式为ABX3；其中，A为阳离子有机胺包括甲基铵（MA，CH3NH3 +）、甲脒（FA，CH(NH2)2 +）或碱金属阳离子（例如Cs+）；B为过渡金属阳离子（例如Au2+，Sn2+，Mn2+和Pb2+）；X为卤素阴离子（I-，Br-和Cl-）。
示例性地，第一组分为甲胺铅碘（MAPbI3）、甲脒铅碘（FAPbI3）、铯铅碘（CsPbI3)中的一种。
本发明将钙钛矿层作为发光层，可降低成本，且具有光谱易调谐、高载流子迁移率及高荧光量子效率等优势。
更进一步地，本发明钙钛矿发光功能层中的钙钛矿发光层采用的材料还可以包括第二组分，即由第一组分和第二组分形成的掺杂体系；其中，第二组分为丙胺、丁胺、戊胺、己胺、辛胺、苯甲胺、苯乙胺、苯丙胺以及各胺类的氢碘酸盐中的一种。
作为进一步的优选方案，第一组分和第二组分的掺杂比例为1:(1～100)。
需要说明的是，钙钛矿的稳定性是制约其应用的重要因素，对ABX3钙钛矿中A和X采用不同种类离子混合的化学组分调控是改进其稳定性最有效的方式之一。本发明通过合理的化学掺杂，将掺杂剂如长链阳离子、卤素阴离子、金属离子掺杂到金属卤化物钙钛矿中，可一定程度地解决金属卤化物钙钛矿存在的材料不稳定的问题，同时可以引入一些新异的光电性能。
更进一步地，本发明钙钛矿发光功能层中的空穴传输层材料包括但不限于4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺](TAPC)、三(4-咔唑基-9-基苯基)胺(TCTA)、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺(PTAA)、1,2,4,5-四(三氟甲基)苯(TFB)、聚(9-乙烯基咔唑)(PVK) 、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDT:PSS）中的一种或多种。
更进一步地，本发明钙钛矿发光功能层中的电子传输层的材料包括但不限于ZnO、TiO2、1,3,5-三(2-N-苯-苯并咪唑)苯(TPBi)、2-(4-联苯基)-5-苯基恶二唑(PBD)、1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯(TmPyPB)、1,3-双(3,5-二吡啶-3-基苯基)苯(BmPyPhB)或4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(Bphen)中的一种。
更进一步地，本发明的源电极包括空穴注入层和第一电极；漏电极包括电子注入层和第二电极。
需要说明的是，本发明的栅极采用透光导电材料，第一电极和第二电极采用不透光导电材料；或者，栅极和第一电极采用不透光导电材料，第二电极采用透光导电材料。
进一步需要说明的是，本发明栅极的电极可采用金属材料，例如，Ag、Al等金属材料，当然，栅极的电极也可采用铟锡氧化物，对此不作具体限定。
仍需要说明的是，本发明的空穴注入层材料可选自MoO3、WoO3、HAT-CN中的一种。电子注入层的材料可选自LiF、Cs2CO3、Liq中的一种。以及，第一电极和第二电极的材料选自Ag、Al、Cu、Au、Mg中的一种或多种。
仍需要说明的是，本发明中第一电极和第二电极材料的选择需要根据沟道层的HOMO或LUMO能级与金属的功函数匹配情况进行选择，例如，第一电极选择Au，第二电极选择Al。
更进一步地，本发明的介电层材料包括但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯苯酚(PVP)、SiO2、NiOx、Al2O3、ZrO2等材料中的一种。
更进一步地，本发明的沟道层的材料为P型有机半导体材料，包括但不限于2,9-二癸基二萘[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩(C10-DNTT)、2,7-二辛基-1-苯并噻吩-3,2-b-苯并噻吩(C8-BTBT)、双萘并 [2,3-b:2′,3′-f]噻吩并 [3,2-b]噻吩(DNTT)、聚 [2,5-(2-辛基十二烷基)-3,6-二酮吡咯并吡咯-alt-5,5-(2,5-二(噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)](DPP-DTT) 、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDT:PSS）中的一种或多种。
更进一步地，本发明的衬底采用透明的刚性材料或透明的柔性材料。例如，透明的刚性材料包括普通玻璃、石英玻璃等，透明的柔性材料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨基甲酸酯(PA)、聚酰亚胺(PI)等等。
更进一步地，本发明晶体管中栅极厚度为10 nm～100 nm；介电层的厚度为100 nm～1000 nm；沟道层的厚度为30 nm～50 nm；空穴传输层的厚度为20 nm～40 nm；钙钛矿发光层的厚度为30 nm～40 nm；电子传输层的厚度为30 nm～50 nm；源电极的厚度为40 nm～60 nm；漏电极的厚度为10 nm～100 nm。
需要说明的是，本发明的源电极和漏电极之间形成的导电沟道长度和宽度需要通过掩膜版限定。
在新型显示和照明领域，本发明提供的钙钛矿发光晶体管具有两类器件功能平面集成的特性，与由TFT背板驱动发光二极管的立体集成显示器件相比，其集成更简单、更高效，同时具有大开口率的特性。钙钛矿发光晶体管中电荷传输和载流子复合过程可以在几个分子层厚度的范围内完成，这种超薄的沟道可带来超高的电流密度；同时，在钙钛矿发光晶体管器件中通过栅压调控可使发光区域远离电极，可有效减弱电极淬灭和效率滚降，提高发光效率和发光亮度，增强器件稳定性。
另外，本发明提供的钙钛矿发光晶体管是一种集成了两种器件功能的小型化光电子集成器件，一方面具有场效应晶体管的开关和信号放大功能，同时又具有钙钛矿发光二极管的发光显示功能，以实现电致发光，在新型柔性显示和光通信等应用领域有着重要科学和技术研究意义。这种集电场驱动和发光于一体化的独特器件结构是实现以集成化、高分辨率、节能化和多功能化为特征的下一代显示技术的最佳基元。
如图2所示，本发明的另一方面，提出一种制备前文记载的钙钛矿发光晶体管的方法S200，包括步骤S210～S260：
S210、对ITO玻璃衬底清洗、氧等离子处理，形成衬底。
示例性地，依次使用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗图案化ITO玻璃衬底。然后，用氮气枪将衬底表面的水滴吹干。之后，将ITO玻璃衬底放入氧等离子体清洗机中，进行氧等离子处理，以改善衬底的润湿性，有助于后续功能层的沉积。
需要说明的是，本实施例的衬底可采用透明的刚性材料或透明的柔性材料。例如，除了上述给出的ITO玻璃衬底外，还可以采用透明的刚性材料包括普通玻璃、石英玻璃等，透明的柔性材料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨基甲酸酯(PA)、聚酰亚胺(PI)等等。
S220、在衬底上沉积Al2O3薄膜，形成栅极与介电层。
示例性地，以三甲基铝和水作为反应源，借助原子层沉积（ALD）设备在ITO玻璃上沉积Al2O3薄膜，形成栅介电层，即栅极和介电层，栅极的薄膜厚度为10-100 nm，介电层的厚度为100-1000 nm。
需要说明的是，本发明栅极的电极可采用金属材料，例如，Ag、Al等金属材料，当然，栅极的电极也可采用铟锡氧化物，对此不作具体限定。
进一步需要说明的是，本发明的介电层材料包括但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯苯酚(PVP)、SiO2、NiOx、Al2O3、ZrO2等材料中的一种。
S230、将PEDOT:PSS水溶液旋涂在Al2O3薄膜上，退火处理后形成沟道层与空穴传输层。
示例性地，将稀释好的PEDOT:PSS水溶液旋涂在Al2O3上，并于150℃退火10 min，形成沟道层，并将部分沟道层同时作为空穴传输层，沟道层的厚度为30-50 nm，空穴传输层的厚度为20-40 nm。
需要说明的是，本发明的沟道层的材料可以为P型有机半导体材料，除了上述给出的聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDT:PSS）外，还可以包括但不限于2,9-二癸基二萘[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩(C10-DNTT)、2,7-二辛基-1-苯并噻吩-3,2-b-苯并噻吩(C8-BTBT)、双萘并 [2,3-b:2′,3′-f]噻吩并 [3,2-b]噻吩(DNTT)、聚 [2,5-(2-辛基十二烷基)-3,6-二酮吡咯并吡咯-alt-5,5-(2,5-二(噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)](DPP-DTT)中的一种或多种。
S240、在沟道层上分别真空沉积MoO3和Au，形成源电极。
示例性地，通过掩膜板在沟道层上分别真空沉积MoO3和Au，形成源电极，源电极的厚度为40-60 nm。
需要说明的是，本发明的源电极包括空穴注入层和第一电极。
进一步需要说明的是，本发明的空穴注入层材料除了上述给出的MoO3外，还可选自WoO3或HAT-CN。以及，第一电极的材料除了上述给出的Au外，还可以选自Ag、Al、Cu、Mg中的一种或多种。
S250、采用真空沉积的方式蒸镀PbI2薄膜，在空穴传输层上形成钙钛矿发光层，并通过掩膜板蒸镀TmPyPB形成电子传输层。
示例性地，发光层采用逐层沉积方式，先通过真空沉积的方式蒸镀30 nm的PbI2薄膜，后将PbI2薄膜取出，面朝下置于载有FAI、MAI或CsI的石英舟上方2 cm处，放入至180℃烘箱中并将真空度降至10 kPa以下，反应20 min得到棕红色薄膜，作为近红外发光层，发光层的厚度为30-40 nm。再通过掩膜板蒸镀30 nm的TmPyPB作为电子传输层，该电子传输层的厚度为30-50 nm。
需要说明的是，本发明钙钛矿发光功能层中的钙钛矿发光层材料包括第一组分，该第一组分的分子通式为ABX3；其中，A为阳离子有机胺包括甲基铵（MA，CH3NH3 +）、甲脒（FA，CH(NH2)2 +）或碱金属阳离子（例如Cs+）；B为过渡金属阳离子（例如Au2+，Sn2+，Mn2+和Pb2+）；X为卤素阴离子（I-，Br-和Cl-）。也就是说，除了上述示例给出甲胺铅碘（MAPbI3）、甲脒铅碘（FAPbI3）、铯铅碘（CsPbI3)外，还可以采用其他的材料。
本发明将钙钛矿层作为发光层，可降低成本，且具有光谱易调谐、高载流子迁移率及高荧光量子效率等优势。
更进一步地，本发明钙钛矿发光功能层中的钙钛矿发光层采用的材料还可以包括第二组分，即由第一组分和第二组分形成的掺杂体系；其中，第二组分为丙胺、丁胺、戊胺、己胺、辛胺、苯甲胺、苯乙胺、苯丙胺以及各胺类的氢碘酸盐中的一种。
作为进一步的优选方案，第一组分和第二组分的掺杂比例为1:(1～100)。
需要说明的是，本发明的电子传输层的材料除了采用上述给出的1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯(TmPyPB)外，还可以包括但不限于ZnO、TiO2、1,3,5-三(2-N-苯-苯并咪唑)苯(TPBi)、2-(4-联苯基)-5-苯基恶二唑(PBD)、1,3-双(3,5-二吡啶-3-基苯基)苯(BmPyPhB)或4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(Bphen)中的一种。
S260、通过掩膜板沉积LiF以及Al薄膜，在电子传输层上形成漏电极。
具体地，更换掩模板沉积1.2 nm的LiF以及100 nm的Al薄膜，作为漏电极，该漏电极的厚度为10-100 nm，与源电极形成非共面非对称结构，以及，导电沟道的宽度和长度为18200μm和80 μm，由此制得钙钛矿发光晶体管器件。
需要说明的是，本发明的漏电极包括电子注入层和第二电极。
进一步需要说明的是，本发明的电子注入层的材料除了采用上述给出的LiF外，还可选自Cs2CO3或Liq。以及，第二电极的材料除了采用上述给出的Al外，还可以选自Ag、Cu、Au、Mg中的一种或多种。
本发明的钙钛矿发光晶体管由真空蒸镀法工艺、旋涂工艺或者喷涂工艺中的至少一种制成，形成集开关和发光的功能于一体化的钙钛矿发光晶体管，不仅可以简化显示面板的工艺制程，还可以在有限的芯片面积范围内更进一步提升其集成度。
下面将结合几个具体实施例进一步说明钙钛矿发光晶体管及其制备方法：
实施例 1
在本实施例中，采用图案化ITO玻璃衬底，Al2O3作为介电层，PeDOT:PSS作为沟道层和空穴传输层，MoO3/Au作为源电极，MAPbI3作为发光层，TmPyPB作为电子传输层，LiF/Al作为漏电极，导电沟道的宽度和长度为18200 μm和80 μm，器件结构如图1所示。
本示例中钙钛矿发光晶体管的制备方法如图2所示，包括如下步骤：
S1、依次使用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗图案化ITO玻璃衬底15 min。然后，用氮气枪将衬底表面的水滴吹干。将ITO玻璃衬底放入氧等离子体清洗机中，进行氧等离子处理10 min，以改善衬底的润湿性，有助于后续功能层的沉积。
S2、以三甲基铝和水作为反应源，借助原子层沉积（ALD）设备在ITO玻璃上沉积Al2O3薄膜，形成栅介电层。
S3、将稀释好的PEDOT:PSS水溶液以4000转每分钟的转速旋转30 s旋涂在Al2O3上，并于150℃退火10 min，形成沟道层并作为空穴传输层。
S4、通过掩膜板在沟道层上分别真空沉积厚度为7 nm的MoO3和40 nm的Au，形成源电极。
S5、发光层采用逐层沉积方式，先通过真空沉积的方式蒸镀30 nm的PbI2薄膜，后将PbI2薄膜取出，面朝下置于载有MAI的石英舟上方2 cm处，放入至180℃烘箱中并将真空度降至10 kPa以下，反应20 min得到棕红色薄膜，作为近红外发光层。再通过掩膜板蒸镀30nm的TmPyPB作为电子传输层。
S6、随后更换掩模板沉积1.2 nm的LiF以及100 nm的Al薄膜，作为漏电极，与源电极形成非共面非对称结构；导电沟道的宽度和长度为18200μm和80 μm，由此制得钙钛矿发光晶体管器件。
本实施例形成的钙钛矿发光晶体管的输出特性曲线如图3所示，线性转移曲线如图4所示，饱和转移曲线如图5所示，基于上述三个曲线可知，制得的晶体管可进行正常工作，实现其开关的特性。
实施例2
在本实施例中，采用图案化ITO玻璃衬底，Al2O3作为介电层，PeDOT:PSS作为沟道层和空穴传输层，MoO3/Au作为源电极，FAPbI3作为发光层，TmPyPB作为电子传输层，LiF/Al作为漏电极，导电沟道的宽度和长度为18200 μm和80 μm，器件结构如图1所示。
本示例中钙钛矿发光晶体管的制备方法如图2所示，包括如下步骤：
S1、依次使用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗图案化ITO玻璃衬底15 min。然后，用氮气枪将衬底表面的水滴吹干。将ITO玻璃衬底放入氧等离子体清洗机中，进行氧等离子处理10 min，以改善衬底的润湿性，有助于后续功能层的沉积。
S2、以三甲基铝和水作为反应源，借助原子层沉积（ALD）设备在ITO玻璃上沉积Al2O3薄膜，形成栅介电层。
S3、将稀释好的PEDOT:PSS水溶液以4000转每分钟的转速旋转30 s旋涂在Al2O3上，并于150℃退火10 min，形成沟道层并作为空穴传输层。
S4、通过掩膜板在沟道层上分别真空沉积厚度为7 nm的MoO3和40 nm的Au，形成源电极。
S5、发光层采用逐层沉积方式，先通过真空沉积的方式蒸镀30 nm的PbI2薄膜，后将PbI2薄膜取出，面朝下置于载有FAI的石英舟上方2 cm处，放入至180℃烘箱中并将真空度降至10 kPa以下，反应20 min得到棕红色薄膜，作为近红外发光层。再通过掩膜板蒸镀30nm的TmPyPB作为电子传输层。
S6、随后更换掩模板沉积1.2 nm的LiF以及100 nm的Al薄膜，作为漏电极，与源电极形成非共面非对称结构；导电沟道的宽度和长度为18200μm和80 μm，由此制得钙钛矿发光晶体管器件。
实施例3
在本实施例中，采用图案化ITO玻璃衬底，Al2O3作为介电层，PeDOT:PSS作为沟道层和空穴传输层，MoO3/Au作为源电极，CsPbI3作为发光层，TmPyPB作为电子传输层，LiF/Al作为漏电极，导电沟道的宽度和长度为18200 μm和80 μm，器件结构如图1所示。
本示例中钙钛矿发光晶体管的制备方法如图2所示，包括如下步骤：
S1、依次使用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗图案化ITO玻璃衬底15 min。然后，用氮气枪将衬底表面的水滴吹干。将ITO玻璃衬底放入氧等离子体清洗机中，进行氧等离子处理10 min，以改善衬底的润湿性，有助于后续功能层的沉积。
S2、以三甲基铝和水作为反应源，借助原子层沉积（ALD）设备在ITO玻璃上沉积Al2O3薄膜，形成栅介电层。
S3、将稀释好的PEDOT:PSS水溶液以4000转每分钟的转速旋转30 s旋涂在Al2O3上，并于150℃退火10 min，形成沟道层并作为空穴传输层。
S4、通过掩膜板在沟道层上分别真空沉积厚度为7 nm的MoO3和40 nm的Au，形成源电极。
S5、发光层采用共蒸方式，蒸镀30 nm的PbI2:CsI薄膜，PbI2:CsI比例为1:1.2，作为近红外发光层。再通过掩膜板蒸镀30 nm的TmPyPB作为电子传输层。
S6、随后更换掩模板沉积1.2 nm的LiF以及100 nm的Al薄膜，作为漏电极，与源电极形成非共面非对称结构；导电沟道的宽度和长度为18200μm和80 μm，由此制得钙钛矿发光晶体管器件。
本发明提出一种钙钛矿发光晶体管及其制备方法，具有以下有益效果：
第一、本发明利用钙钛矿材料作为发光层材料，具有低成本、光谱易调谐、高载流子迁移率及高荧光量子效率等优势，在新型柔性显示和光通信等应用领域的重要科学和技术研究意义；
第二、本发明通过对钙钛矿发光层材料合理的化学掺杂，一定程度解决了金属卤化物钙钛矿存在的材料不稳定的问题，同时可以引入一些新异的光电性能；
第三、本发明形成集开关和发光功能于一体的钙钛矿发光晶体管器件，一方面具有场效应晶体管的开关和信号放大功能，同时又具有钙钛矿发光二极管的优异的发光显示功能，具有高集成度、高分辨率、高稳定性以及多功能化特征；
第四、本发明的工艺过程简单，面板制造成本较低。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钙钛矿发光晶体管，其特征在于，包括：衬底、栅极、介电层、沟道层、钙钛矿发光功能层以及源电极、漏电极；其中，
所述衬底、所述栅极、所述介电层、所述沟道层层叠设置，所述源电极与所述钙钛矿发光功能层相邻设置且位于所述沟道层背离所述介电层的一侧，所述漏电极设置在钙钛矿发光功能层背离所述沟道层的一侧；
所述钙钛矿发光功能层包括层叠设置的空穴传输层、钙钛矿发光层以及电子传输层。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述钙钛矿发光层包括第一组分，所述第一组分的分子通式为ABX3；其中，
A为阳离子有机胺、甲脒或碱金属阳离子；
B为过渡金属阳离子；
X为卤素阴离子。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述钙钛矿发光层还包括第二组分；
所述第二组分包括丙胺、丁胺、戊胺、己胺、辛胺、苯甲胺、苯乙胺、苯丙胺以及各胺类氢碘酸盐中的一种。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所第一组分和所述第二组分的摩尔比例为1:(1～100)。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述源电极包括空穴注入层和第一电极；
所述漏电极包括电子注入层和第二电极。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述栅极采用透光导电材料，所述第一电极和所述第二电极采用不透光导电材料；或者，
所述栅极和所述第一电极采用不透光导电材料，所述第二电极采用透光导电材料。
7.根据权利要求6所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述栅极的电极采用金属材料或者铟锡氧化物；
所述空穴注入层的材料包括MoO3、WoO3、HAT-CN中的一种；
所述电子注入层的材料包括LiF、Cs2CO3、Liq中的一种；
所述第一电极和所述第二电的材料包括Ag、Al、Cu、Au、Mg中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述衬底采用透明的刚性材料或透明的柔性材料；
所述介电层的材料包括聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯苯酚、SiO2、NiOx、Al2O3、ZrO2中的一种；
所述沟道层的材料包括2,9-二癸基二萘[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩、2,7-二辛基-1-苯并噻吩-3,2-b-苯并噻吩、双萘并 [2,3-b:2′,3′-f]噻吩并 [3,2-b] 噻吩、聚[2,5- (2-辛基十二烷基)-3,6-二酮吡咯并吡咯-alt-5,5- (2,5-二(噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)]、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）中的一种或多种；
所述空穴传输层的材料包括4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]、三(4-咔唑基-9-基苯基)胺、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺、1,2,4,5-四(三氟甲基)苯、聚(9-乙烯基咔唑)、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）中的一种或多种；
所述电子传输层的材料包括ZnO、TiO2、1,3,5-三(2-N-苯-苯并咪唑)苯、2- (4-联苯基)-5-苯基恶二唑、1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯、1,3-双(3,5-二吡啶-3-基苯基)苯以及4,7-二苯基-1,10-菲罗啉中的一种。
9.根据权利要求1所述的钙钛矿发光晶体管，其特征在于，所述栅极的厚度为10 nm～100 nm；
所述介电层的厚度为100 nm～1000 nm；
所述沟道层的厚度为30 nm～50 nm；
所述空穴传输层的厚度为20 nm～40 nm；
所述钙钛矿发光层的厚度为30 nm～40 nm；
所述电子传输层的厚度为30 nm～50 nm；
所述源电极的厚度为40 nm～60 nm；
所述漏电极的厚度为10 nm～100 nm。
10.一种制备如权利要求1至9任一项所述的钙钛矿发光晶体管的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次沉积形成栅极与介电层；
在所述介电层上形成沟道层；
在所述沟道层上形成源电极与空穴传输层；
在所述空穴传输层上形成钙钛矿发光层，并在所述钙钛矿发光层上形成电子传输层；
在所述电子传输层上形成漏电极。
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