CN116705940A - 一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法 - Google Patents
一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116705940A CN116705940A CN202310699450.3A CN202310699450A CN116705940A CN 116705940 A CN116705940 A CN 116705940A CN 202310699450 A CN202310699450 A CN 202310699450A CN 116705940 A CN116705940 A CN 116705940A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- light
- electrode
- emitting diode
- electroluminescent
- 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.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 26
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 12
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 7
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 claims description 5
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 4
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 abstract description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 148
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000001548 drop coating Methods 0.000 description 5
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 5
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- -1 (4-phenyl) (4-butylphenyl) amine Chemical class 0.000 description 2
- GEQBRULPNIVQPP-UHFFFAOYSA-N 2-[3,5-bis(1-phenylbenzimidazol-2-yl)phenyl]-1-phenylbenzimidazole Chemical compound C1=CC=CC=C1N1C2=CC=CC=C2N=C1C1=CC(C=2N(C3=CC=CC=C3N=2)C=2C=CC=CC=2)=CC(C=2N(C3=CC=CC=C3N=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 GEQBRULPNIVQPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZDQWVKDDJDIVAL-UHFFFAOYSA-N catecholborane Chemical compound C1=CC=C2O[B]OC2=C1 ZDQWVKDDJDIVAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline Chemical compound C=12C=CC3=C(C=4C=CC=CC=4)C=C(C)N=C3C2=NC(C)=CC=1C1=CC=CC=C1 STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
- H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
- H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
- H10K50/13—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit
- H10K50/131—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit with spacer layers between the electroluminescent layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
- H10K59/90—Assemblies of multiple devices comprising at least one organic light-emitting element
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件及其制备方法，器件包括晶体管结构，晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层，半导体层、漏极和源极均与绝缘层连接，绝缘层和透明电极连接。本发明实施例利用叠层发光二极管与晶体管结构的结合，便于光电探测‑电致发光一体化器件集成，提高了器件的发光效率和光吸收能力，可广泛应用于光电器件领域。
Description
技术领域
本发明涉及光电器件领域，尤其涉及一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法。
背景技术
随着光电半导体材料的不断创新与突破，以及器件光学结构设计技术的成熟，光电探测器以及发光二极管在通信、医疗、显示、传感等领域得到了迅速的发展与应用。而光电探测-电致发光一体化器件在导弹预警、空间传感、高压电晕监测、野外火灾遥感、医学消毒、特种显示、照明以及背光源等军用领域和民用领域具有较大应用潜力。
目前使用的光电探测器的简化结构主要由底部透明电极、空穴传输层、光敏层、电子传输层与金属电极组成。工作时，光敏层吸收外部光源并产生空穴电子对，在外部反向偏压的作用下，空穴与电子分别经由空穴传输层与电子传输层向两侧电极传输，形成电流。目前使用的发光二极管的简化结构主要由底部透明电极、空穴传输层、发光层、电子传输层与金属电极组成。工作时，在电极两端的正向偏压影响下，空穴与电子分别从电极注入，经过空穴传输层与电子传输层，最终进入发光层复合发光。若要实现光电探测与电致发光的一体化，则存在光电探测器采用的器件结构不利于实现电致发光、以及发光二极管采用的器件结构不利于实现光电探测两方面的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种基于电致发光叠层结构的光电探测器，便于光电探测-电致发光一体化器件集成。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，包括晶体管结构，晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层，半导体层、漏极和源极均与绝缘层连接，绝缘层和透明电极连接。
可选地，本发明实施例提供的光电探测器件还包括控制开关，控制开关与透明电极连接。
可选地，连接层或透明电极包括超薄金属膜、图案化金属膜、金属纳米线或金属氧化物中的任意一种。
可选地，透明衬底包括绝缘透明衬底、刚性无机物透明衬底或柔性有机物透明衬底中的任意一种。
可选地，绝缘层包括有机聚合物或非金属氧化物。
可选地，半导体层包括光敏半导体、无机半导体或有机无机杂化半导体中的任意一种。
可选地，光电探测器件还包括缓冲层，缓冲层设置在透明衬底与半导体层之间。
可选地，发光二极管包括发光层，发光层包括有机发光材料、纳米晶材料、无机发光材料或有机无机杂化材料中的任意一种。
可选地，发光二极管包括电子传输层和空穴传输层，电子传输层或空穴传输层包括导电有机聚合物、导电有机小分子、金属氧化物或无机半导体材料中的任意一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供透明衬底，并对透明衬底进行预处理；
在预处理后的透明衬底上制备半导体层；
在半导体层的预设位置去除部分半导体层，并在空缺位置分别填充漏极和源极；
在填充后的半导体层上依次制备绝缘层、透明电极、叠层发光二极管；叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例利用叠层发光二极管与晶体管结构的结合，实现了光电探测和电致发光一体化的功能；在光电探测模式下，当外部光源射入叠层发光二极管时，光被吸收并产生空穴电子，此时的叠层发光二极管吸收光，产生电压，作为晶体管的栅极控制通道内的载流子聚集并产生放大电流；在发光模式下，叠层器件相对弥补了单层器件较弱的光吸收能力，增强了器件的光电转换效率，叠层发光二极管相比单层发光二极管效率更高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种连接有晶体管T的基于电致发光叠层结构的光电探测器件的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件在晶体管T导通时的等效结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件在晶体管T关断时的等效结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的具体结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的制备方法的流程示意图；
图8是本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的发光模式下的性能测试结果图；
图9本发明实施例提供的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的探测模式下的性能测试结果图。
附图标记说明：1-5、线路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本发明实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明实施例中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
对本发明实施例进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，包括晶体管结构，晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层，半导体层、漏极和源极均与绝缘层连接，绝缘层和透明电极连接
具体地，本发明实施例提供的光电探测器件中，叠层发光二极管包括第一发光二极管(LED1)和第二发光二极管(LED2)。导电电极包括但不限于金属电极。
具体地，本发明实施例提供的基于电致发光叠层结构的光电探测器件，利用晶体管结构与叠层发光二极管的结合，实现光电探测与电致发光的一体化功能。
具体地，绝缘层和叠层发光二极管共同作为晶体管结构的栅极。
具体地，当入射光从透明衬底处入射进叠层发光二极管，入射光被发光二极管中的发光层吸收，产生空穴和电子，使得发光二极管产生电压，从而使得晶体管结构的栅极控制通道内的载流子聚集，并产生放大电流，实现光电探测功能。
可选地，如图2所示，本发明实施例提供的光电探测器件还包括控制开关，控制开关与透明电极连接。
具体地，控制开关可包括晶体管T、连接线路4和线路5。
具体地，可通过选择控制开关的导通或关断状态来选择本发明的光电探测器的发光或探测功能。
具体地，在发光模式下，线路2和线路3断开，通过线路4处的栅压控制晶体管T导通时，线路1和线路5提供叠层发光二极管的工作电压，空穴和电子分别从发光二极管的空穴传输层和电子传输层进入到发光层进行复合，从而使得发光二极管发光，光线从透明衬底射出，实现了光电探测器的发光功能。
具体地，如图3所示，晶体管T导通时，可将本发明的光电探测器看作是发光二极管与晶体管的串联。
具体地，在探测模式下，线路2和线路3导通，通过线路4处的栅压控制晶体管T断开时，当入射光从透明衬底处入射进叠层发光二极管，入射光被发光二极管中的发光层吸收，产生空穴和电子，使得发光二极管产生电压，从而使得晶体管结构的栅极控制通道内的载流子聚集，并产生放大电流，实现了光电探测功能。
具体地，如图4所示，晶体管T关断时，可将本发明的光电探测器看作是光伏器件与晶体管的串联。
可选地，连接层或透明电极包括超薄金属膜、图案化金属膜、金属纳米线或金属氧化物中的任意一种。
具体地，连接层或透明电极包括但不限于超薄金属膜、图案化金属膜、金属纳米线或金属氧化物，具体根据实际应用确定。连接层或透明电极的材料应具有良好的导电性和稳定性。
具体地，连接层可调控发光二极管之间的载流子传输，降低载流子的损耗。
具体地，透明电极作为电极的同时，还有利于光的出射和入射。
可选地，透明衬底包括绝缘透明衬底、刚性无机物透明衬底或柔性有机物透明衬底中的任意一种。
具体地，透明衬底为透明不导电衬底，包括但不限于绝缘透明衬底、刚性无机物透明衬底或柔性有机物透明衬底，具体根据实际应用确定。
可选地，绝缘层包括有机聚合物或非金属氧化物。
具体地，绝缘层包括但不限于有机聚合物或非金属氧化物，具体根据实际应用确定。有机聚合物是由相同或不同的单体分子通过共价键连接而成的高分子化合物，具有耐热性、耐腐蚀、高强度、高热性等优点；非金属氧化物是由非金属元素和氧元素构成的化合物，不具备导电性。
具体地，绝缘层的作用是阻隔叠层发光二极管与晶体管结构通道的载流子的运输，并将叠层发光二极管在探测模式下产生的电压传递给漏极和源极。
可选地，半导体层包括光敏半导体、无机半导体或有机无机杂化半导体中的任意一种。
具体地，半导体层包括但不限于光敏半导体、无机半导体或有机无机杂化半导体，具体根据实际应用确定。
可选地，光电探测器件还包括缓冲层，缓冲层设置在透明衬底与半导体层之间。
具体地，缓冲层用于改变透明衬底的表面形貌。
可选地，发光二极管包括发光层，发光层包括有机发光材料、纳米晶材料、无机发光材料或有机无机杂化材料中的任意一种。
具体地，发光二极管包括发光层、电子传输层和空穴传输层，发光层包括但不限于有机发光材料、纳米晶材料、无机发光材料或有机无机杂化材料，具体根据实际应用确定。
具体地，有机发光材料是激发态的有机分子在释放出能量回到基态过程中能产生光子的有机材料，激发态的有机分子跃迁产生光子则实现了发光。
具体地，纳米晶材料又称为量子点材料，是一种纳米级别的半导体材料，通过对其施加一定的电场或光压，便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着由其组成的半导体的尺寸的改变而变化。
可选地，发光二极管包括电子传输层和空穴传输层，电子传输层或空穴传输层包括导电有机聚合物、导电有机小分子、金属氧化物或无机半导体材料中的任意一种。
具体地，电子传输层或空穴传输层包括但不限于导电有机聚合物、导电有机小分子、金属氧化物或无机半导体材料，具体根据实际应用确定。有机聚合物包括具有电子传输功能或空穴传输功能的聚合物材料，具有线性或平面的大共轭体系。
具体地，电子传输层的材料可包括1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)、富勒烯衍生物(PCBM)或2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(BCP)中的任意一种。
具体地，空穴传输层的材料可包括聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](poly-TPD)或聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)中的任意一种。
具体地，如图5所示，发光层设置于电子传输层和空穴传输层之间。
在一个具体的实施例中，如图6所示，透明衬底采用玻璃基底；缓冲层采用二氧化硅(SiO2)；半导体层采用铟镓锌氧化物(IGZO)；漏极和源极采用钼(Mo)；绝缘层采用SiO2；透明电极采用氧化铟锡(ITO)；第二发光二极管的空穴传输层采用聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](poly-TPD)，发光层采用红光钙钛矿(45％PEOXA:CsPbBr0.6I2.4)，电子传输层采用1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)；连接层采用氟化锂/铝(LiF/Al)；第一发光二极管的空穴传输层采用三氧化钼(MoO3)，发光层采用(硒化镉/硫化镉)@(硫化镉/掺镉硫化锌)((CdSe/CdS)@(CdS/CdZnS))，电子传输层采用TPBi；导电电极采用LiF/Al。基于电致发光叠层结构的光电探测器件的结构由下至上依次包括玻璃、SiO2层、IGZO层以及以Mo为材料的源极和漏极、SiO2层、ITO层、Poly-TPD层、45％PEOXA:CsPbBr0.6I2.4层、TPBi层、LiF/Al层、MoO3层、(CdSe/CdS)@(CdS/CdZnS)层、TPBi层和LiF/Al层。
如图7所示，本发明实施例还提供一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的制备方法，包括步骤：
S100、提供透明衬底，并对透明衬底进行预处理。
具体地，预处理包括但不限于清洗或烘干等处理。例如，将玻璃基底依次用异丙醇、洗涤剂、去离子水和异丙醇进行超声清洗，然后置于烘箱中烘至干燥；使用玻璃基底前，在等离子表面清洗仪中清洗5分钟。
S200、在预处理后的透明衬底上制备半导体层。
需要说明的是，在制备半导体层前，可在透明衬底上制备缓冲层。例如，在制备半导体层前，在清洗后的玻璃基底上利用等离子体增强化学气相沉积法沉积SiO2作为缓冲层；沉积条件为350℃，硅烷/一氧化二氮(N2O)混合气体。
具体地，半导体的材料根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。制备的方法根据半导体的材料确定。半导体层可通过旋涂、刮涂、滴涂、喷涂、蒸镀、喷墨打印、卷对卷印刷等方式成膜。例如，通过磁控溅射继续在该基底上沉积40nm的IGZO，溅射气体为氧气(O2)与氩气(Ar)。
S300、在半导体层的预设位置去除部分半导体层，并在空缺位置分别填充漏极和源极。
具体地，预设位置分别位于半导体两侧的边缘内。被去除的半导体层分为两部分，两部分不相连通。
具体地，填充的漏极和源极与剩余的半导体层相嵌合，填充的漏极和源极的表面与半导体层的表面齐平。
参阅图6，在一个具体的实施例，通过光刻图案化，盐酸进行湿法刻蚀，刻蚀出漏极和源极需要的部分；利用热蒸发的方式在IGZO层的空缺位置处沉积60nm的Mo作为漏极与源极。
S400、在填充后的半导体层上依次制备绝缘层、透明电极、叠层发光二极管；叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层。
具体地，绝缘层的制备方法包括但不限于旋涂、刮涂、滴涂、喷涂、蒸镀、喷墨打印、卷对卷印刷和沉积成膜等。
具体地，连接层或透明电极的制备方法但不限于旋涂、刮涂、滴涂、喷涂、蒸镀、喷墨打印、卷对卷印刷和沉积成膜等。
具体地，发光二极管，依次包括空穴传输层、发光层和电子传输层。
具体地，制备发光层的方法包括但不限于旋涂、刮涂、滴涂、喷涂、蒸镀、喷墨打印、卷对卷印刷等。
具体地，制备电子传输层或空穴传输层的方法包括但不限于旋涂、刮涂、滴涂、喷涂、蒸镀、喷墨打印、卷对卷印刷等。
具体地，制备导电电极的方法包括但不限于蒸镀。
在180℃的条件下利用等离子体增强化学气相沉积法沉积SiO2作为绝缘层；在绝缘层上，通过磁控溅射在绝缘层上沉积50nm厚的ITO作为透明电极，溅射气体为Ar；将上述器件在350℃下退火1.5小时；在ITO层上，以2000rpm的转速旋涂poly-TPD溶液30秒，然后在Ar保护的手套箱中进行100℃退火15分钟，制备出Poly-TPD层作为第二发光二极管的空穴传输层；在Poly-TPD层上，通过将0.25mol/L的钙钛矿(其中0.25mol/L为Pb2+的浓度)溶解于二甲基亚砜(DMSO)的45％PEOXA:CsPbBr0.6I2.4溶液(45％为PEOXA的质量与CsPbBr0.6I2.4的质量之比)，旋涂获得红光钙钛矿层溶液；以6000rpm的转速旋涂红光钙钛矿层溶液30秒，然后在150℃的条件下退火30分钟，制备出45％PEOXA:CsPbBr0.6I2.4层作为第二发光二极管的发光层；在45％PEOXA:CsPbBr0.6I2.4层上，依次用热蒸发的方式沉积35nm的TPBi作为第二发光二极管的电子传输层，1nm/1nm的LiF/Al作为连接层，30nm的MoO3层作为第一发光二极管的空穴传输层；在MoO3层上，以2000rpm的转速旋涂(CdSe/CdS)@(CdS/CdZnS)溶液30秒，制备出第一发光二极管的发光层；在(CdSe/CdS)@(CdS/CdZnS)层上，依次用热蒸发的方式沉积25nm的TPBi作为第一发光二极管的电子传输层，1nm/100nm的LiF/Al作为导电电极。
其中，poly-TPD溶液通过将8mg/mL的poly-TPD溶解在儿茶酚硼烷(CB)溶液中获得。
如图8所示，对发光模式下的基于电致发光叠层结构的光电探测器件进行性能测试；其中，图8(a)为基于电致发光叠层结构的光电探测器件(LEDT)的发光CIE坐标；图8(b)为LEDT在不同工作电压下电致发光的性能变化图，由图可知，随着外置电压从3V提升至8V，LEDT的电致发光强度也随之上升；图8(c)为LEDT的电流密度-电压-亮度曲线图，点线为电流密度-电压曲线，实线为亮度-电压曲线，由图可知，器件的最大亮度为3853cd/m2；图8(d)为LEDT的外量子效率-电压曲线图，由图可知，器件的最大EQE为9.89％；图8(e)为LEDT的输出特性曲线图，图8(f)为LEDT的转移特性曲线图，图8(e)与图8(f)展示了晶体管栅压与漏压对LEDT电流密度的调控效果。图8(a)-(d)展现了LEDT的发光性能；图8(e)-(f)说明了晶体管结构对电流的调控作用，即对电流的调控进而调控了LEDT的发光功能。
如图9所示，图9(a)为LEDT在不同光照强度下随栅压变化的光响应度曲线图，由图可知，响应度整体随栅压升高而升高，并随光功率密度升高而降低；图9(b)为LEDT在不同光照强度下的转移特性曲线图，由图可知，电流大小随着光功率密度的升高而升高；图9(c)为LEDT和LED(ITO层以上的部分)在不同栅压条件下随光照强度变化的光响应度曲线图，由图可知，LED本身并不具备探测性能(基本没有光响应度)，而与晶体管叠加构成LEDT后便具备了探测性能，并且呈现出响应度随栅压升高而升高，随光功率密度升高而下降的趋势。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例利用叠层发光二极管与晶体管结构的结合，实现了光电探测和电致发光一体化的功能；叠层发光二极管使得基于电致发光叠层结构的光电探测器件具有相当厚度的发光层，提高了器件的光吸收能力，从而提高了对入射光子的吸收和转化能力，以及器件的光电转换效率，有利于器件的光电探测功能；叠层发光二极管中单个发光二极管的发光层较薄，具有较高的透光率，有利于器件的电致发光功能；发光二极管的发光层设置于电子传输层和空穴传输层之间，有利于电子和空穴的提取和注入；并且，本发明实施例中的透明衬底、半导体层、绝缘层和透明电极均为透明材料，具有高透光率，有利于光的入射与出射；除此之外，晶体管结构使得本发明实施例的光电探测器对器件信号具备调控和放大作用。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，包括晶体管结构，所述晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，所述栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，所述叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，所述发光二极管之间设置有连接层，所述半导体层、所述漏极和所述源极均与所述绝缘层连接，所述绝缘层和所述透明电极连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述光电探测器件还包括控制开关，所述控制开关与所述透明电极连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述连接层或透明电极包括超薄金属膜、图案化金属膜、金属纳米线或金属氧化物中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述透明衬底包括绝缘透明衬底、刚性无机物透明衬底或柔性有机物透明衬底中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述绝缘层包括有机聚合物或非金属氧化物。
6.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述半导体层包括光敏半导体、无机半导体或有机无机杂化半导体中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述光电探测器件还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述透明衬底与所述半导体层之间。
8.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述发光二极管包括发光层，所述发光层包括有机发光材料、纳米晶材料、无机发光材料或有机无机杂化材料中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述发光二极管包括电子传输层和空穴传输层，所述电子传输层或所述空穴传输层包括导电有机聚合物、导电有机小分子、金属氧化物或无机半导体材料中的任意一种。
10.一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供透明衬底，并对所述透明衬底进行预处理；
在预处理后的透明衬底上制备半导体层；
在所述半导体层的预设位置去除部分半导体层，并在空缺位置分别填充漏极和源极；
在填充后的半导体层上依次制备绝缘层、透明电极、叠层发光二极管；所述叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，所述发光二极管之间设置有连接层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310699450.3A CN116705940A (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310699450.3A CN116705940A (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116705940A true CN116705940A (zh) | 2023-09-05 |
Family
ID=87842965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310699450.3A Pending CN116705940A (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116705940A (zh) |
-
2023
- 2023-06-13 CN CN202310699450.3A patent/CN116705940A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Enhanced photoresponse of self-powered perovskite photodetector based on ZnO nanoparticles decorated CsPbBr3 films | |
| US10784457B2 (en) | Fabricating method of QLED device and QLED device | |
| US8129738B2 (en) | Optoelectronic device with periodic grating microstructure | |
| KR100726061B1 (ko) | 다수의 전기 접속된 유기 광전자 소자와 이를 마련하는방법 | |
| CN105552185B (zh) | 一种基于无机钙钛矿材料的全无机量子点发光二极管及其制备方法 | |
| Yang et al. | Near infrared to visible light organic up-conversion devices with photon-to-photon conversion efficiency approaching 30% | |
| TWI407610B (zh) | Infrared light distance sensing device for organic semiconductors | |
| US20150228850A1 (en) | Transparent quantum dot light-emitting diodes with dielectric/metal/dielectric electrode | |
| CN103904178A (zh) | 量子点发光器件 | |
| KR101916904B1 (ko) | 그래핀 양자점 중간층을 포함하는 전자 소자 및 그의 제조방법 | |
| CN111213247A (zh) | 多层量子点发光二极管及其制造方法 | |
| TW200948179A (en) | An electrically conducting structure for a light transmissible device | |
| CN103346221A (zh) | 一种无机金属氧化物作为电子传输层的量子点发光二极管及其制备方法 | |
| WO2017044805A1 (en) | Light emitting phototransistor | |
| Halim et al. | Control of colour and charge injection in conjugated dendrimer/polypyridine bilayer LEDs | |
| Sharma et al. | Role of MEH: PPV polymer in single layer OLEDs with its optoelectronic characteristics | |
| Aleshin et al. | Organic light-emitting diodes based on polyvinylcarbazole films doped with polymer nanoparticles | |
| CN103956433A (zh) | 一种单极型有机发光场效应晶体管 | |
| KR102467691B1 (ko) | 양자점 발광 소자, 그 제조 방법 및 양자점 발광 소자를 포함하는 디스플레이 소자 | |
| CN116705940A (zh) | 一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法 | |
| Nagpal et al. | Assessment of the optical and electrical properties of light-emitting diodes containing carbon-based nanostructures and plasmonic nanoparticles: a review | |
| Kajii | Organic light-emitting and photodetector devices for flexible optical link and sensor devices: Fundamentals and future prospects in printed optoelectronic devices for high-speed modulation | |
| EP2047533A1 (en) | A hybrid organic light emitting device | |
| Kajii et al. | Polymer Light-Emitting Devices with Selectively Transparent Photonic Crystals Consisting of Printed Inorganic/Organic Hybrid Dielectric Films | |
| El Amrani et al. | Organic optocoupler consisting of an optimized blue organic light emitting diode and an organic photoconductor |
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 |