DE102011107742A1 - Erfindung betreffend Ladungsträger-Injektion - Google Patents

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Robert Schafranek
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Injektion positiver und negativer elektronischer Ladungsträger in Materialien hoher Permittivität für elektronische Anwendungen Die vorliegende Erfindung schlägt die Kombination von Materialien unterschiedlicher Permittivität vor, welche die Injektion elektronischer Ladungsträger in das Material mit höherer Permittivität ermöglicht. Das Funktionsprinzip ermöglicht die Injektion negativer und positiver Ladungsträger, sowie die gleichzeitige Injektion beider Arten von Ladungsträgern. Das Verfahren kann insbesondere für Leuchtdioden verwendet werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Injektion positiver und negativer elektronischer Ladungsträger in Materialien hoher Permittivität für elektronische Anwendungen, insbesondere für lichtemittierende Dioden.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt die Kombination von Materialien unterschiedlicher Permittivität vor, welche, zusammen mit der erfindungsgemäßen neuen Anordnung von Schichten, erstmals auch die gleichzeitige Injektion positiver und negativer elektronischer Ladungsträger in das Material mit höherer Permittivität ermöglicht. Das entsprechende Funktionsprinzip ermöglicht damit erstmalig die gleichzeitige Injektion beider Arten von Ladungsträgern. Es kann für verschiedene Vorrichtungen, insbesondere für Leuchtdioden verwendet werden.
  • Beschreibung
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik sind z. B. mit der DE 102 28 768 A1 oder der DE 691 07 262 T2 schon Vorrichtungen bekannt, welche in elektrischen Vorrichtungen mit Schichtfolgen aus Substanzen mit unterschiedlicher, relativer Permittivität z. B. eine temporäre Speicherung ( DE 102 28 768 A1 ) von Ladungsträgern, oder i. W. eine Steuerung der Ströme durch diese Vorrichtung (im Falle von einem Transistor) oder eine Reduktion der Sperrhöhe für die Anwendung in einer Diode ( DE 691 07 262 T2 ) bewirken.
  • Jedoch sind im Stand der Technik keine Anordnungen von Schichten bekannt, insbesondere nicht in Leuchtdioden bekannt, welche eine nennenswerte Ladungsträger-Injektion auch bei Licht emittierenden Dioden und dort gar die gleichzeitige Injektion beider Landungsträgerarten während des Betriebes der entsprechend aus den Schichtfolgen aufgebauten elektrischen Vorrichtungen vorsehen.
  • Aufgabe
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung diese Nachteile im Stand der Technik durch Vorsehung einer entsprechenden Vorrichtung, insbesondere entsprechender Schichtfolgen und eines entsprechenden Verfahrens Funktionsprinzip), zu beseitigen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren gemäß Anspruch 7, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden im Folgenden beschrieben oder/und sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Im Folgenden werden Materialien mit Energielücken im Bereich des Ferminiveaus als Halbleiter bezeichnet. Dies beinhaltet ausdrücklich auch Materialien mit großer Bandlücke, die auch als Isolatoren verwendet werden können.
  • Elektronische und optoelektronische Bauelemente basieren auf dem Transport von elektronischen Ladungsträgern in Halbleitern. Hierbei können negative (Elektronen), positive (Fehlelektronen, üblicherweise als Löcher bezeichnet) oder auch beide Sorten von Ladungsträgern beteiligt sein. Die Ladungsträger werden dabei entweder durch Dotierung eines Halbleiters mit Fremdatomen erzeugt oder sie werden über die Kontakte in das Material injiziert. Die Anzahl der durch Dotierung erzeugten Ladungsträger hängt von der Konzentration der Fremdatome und der Dotierbarkeit des Materials ab. Die Dotierbarkeit ist für Halbleiter mit zunehmender Bandlücke begrenzt. Je größer die Bandlücke eines Materials, desto schwieriger wird die Dotierung. Insbesondere bei Materialien mit großer Bandlücke ist die ambipolare Dotierbarkeit, und damit die Herstellung von p/n Übergängen schwierig, bzw. unmöglich.
  • Die Anzahl injizierter Ladungsträger hängt von der Barrierenhöhe an der Grenzfläche zwischen Halbleiter und Kontakt und dem anliegenden elektrischen Feld ab. Die Barrierenhöhen für Elektronen (ΦBn), bzw. Löcher (ΦBp), sind durch die Abstände zwischen dem Ferminiveau des Kontaktmaterials und dem Leitungsband, bzw. Valenzband, des Halbleiters bestimmt (siehe ). Die Größe der Barriere hängt von der spezifischen Kombination Halbleiter/Kontakt ab. Für einen gegebenen anorganischen Halbleiter kann durch Wahl des Kontaktmaterials die Barrierenhöhe tyischerweise in der Größenordnung von 1 eV variiert werden. Insbesondere bei Materialien mit großer Bandlücke bedeutet dies, dass entweder die Barriere für Elektronen, oder die Barriere für Löcher, oder sogar beide Barrieren so groß sind, dass nur sehr wenige Ladungsträger injiziert werden können.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Funktionsprinzip der Ladungsträgerinjektion: Die unten beschriebenen Anwendungsbeispiele basieren auf der Ladungsträgerinjektion in Halbleiter mit hoher relativer Permittivität (typischerweise ε > 20 wie z. B. TiO2, ZrO2, HfO2, (Sr, Ba, Pb)(Zr, Ti)O3, (Bi0,5Na0,5)TiO3, (Li, Na, K)NbO3, SrBi2(Nb, Ta)2O9, ein anderes ferroelektrisches Material, ein anderes verhindertes (incipient) ferroelektrisches Material, ein anderes antiferro-elektrisches Material oder ein Relaxor), im Folgenden als Transportschicht bezeichnet. Die im Folgenden beschriebene Methode zur Ladungsträgerinjektion kann auf beliebig dicke Transportschichten und für beide Arten elektronischer Ladungsträger (Elektronen und Löcher) angewendet werden. Die Ladungsträgerinjektion wird durch Kombination einer Transportschicht mit einer sehr dünnen Zwischenschicht, im Folgenden als Injektionsschicht bezeichnet, stark erleichtert. Für die Injektionsschichten werden Materialien mit relativer Permittivität die geringer als die Permittivität der Transportschicht ist verwendet (typischerweise ε < 20 wie z. B. SnO2, In2O3, ZnO, MgO, Al2O3, SiO2, organische Materialien). Aufgrund ihrer geringen Permittivität im Vergleich zur hohen Permittivität der Transportschicht, fällt ein beträchtlicher Teil der anliegenden Spannung über die Injektionsschicht ab.
  • Wird der Spannungsabfall über die Injektionsschicht größer als der Abstand zwischen dem Ferminiveau des Kontaktmaterials und dem Valenzband bzw. dem Leitungsband der Transportportschicht, überlappt das Ferminiveau des Kontaktmaterials energetisch mit dem Valenzband bzw. Leitungsband der Transportschicht. Bei hinreichend geringer Dicke der Injektionsschicht können Ladungsträger direkt durch die Injektionsschicht in das Valenzband bzw. Leitungsband der Transportschicht tunneln (direktes Tunneln). Damit werden Löcher bzw. Elektronen in das Valenzband bzw. das Leitungsband der Transportschicht injiziert. Das zugrunde liegende Funktionsprinzip ist in dargestellt. zeigt beispielhaft ein Energiediagramm für eine symmetrische Anordnung einer Transportschicht mit zwei Injektionsschichten, wobei beide Ladungsträgersorten gleichzeitig in die Transportschicht an gegenüberliegenden Elektroden injiziert werden.
  • Die folgende Quantifizierung bezieht sich auf einen Schichtstapel mit einer Transport- und einer Injektionsschicht. Die Berechnung kann jedoch auf beliebige Schichtstapel verallgemeinert werden.
  • Es werden folgende Definitionen verwendet (siehe ):
    • ε(T), ε(I):
    relative Permittivität der Transport- bzw. der Injektionsschicht
    d(T), d(I):
    Dicke der Transport- bzw. Injektionsschicht
    U(T), U(I):
    Über die Transport- bzw. Injektionsschicht abfallende Spannung
    U:
    gesamte angelegte Spannung; U = U(T) + U(I)
    E(T), E(I):
    elektrisches Feld in der Transport- bzw. Injektionsschicht
    Δe, Δh:
    Abstand zwischen Ferminiveau des Kontaktmaterials und Leitungs- bzw. Valenzband der Transportschicht
  • Um eine Injektion von Elektronen zu erreichen, muss gelten U(I) > Δe (1a)
  • Für die Injektion von Löchern entsprechend –U(I) > Δh (1b)
  • Desweiteren gelten folgende Zusammenhänge: Konstanz der dielektrischen Verschiebung: ε(T)·E(T) = ε(I)·E(I) (2) Definition der elektrischen Feldstärke: U(T) = E(T)·d(T) und U(I) = E(I)·d(I) (3) Gesamtspannung: U = U(I) + U(T) (4)
  • Woraus sich z. B. die über die Injektionsschicht und die Transportschicht abfallenden Spannungen berechnen zu U(I) = U· 1 / 1 + x (5a) U(T) = U· x / 1 + x (5b) wobei x = ε(I) / ε(T)· d(T) / d(I) (6)
  • Die über die Injektionsschicht abfallende Spannung U(I)
    • • erhöht sich linear mit der über den gesamten Schichtstapel angelegten Spannung U
    • • sinkt mit steigendem Verhältnis der relativen Permittivitäten ε(I)/ε(T)
    • • sinkt mit steigendem Verhältnis der Schichtdicken d(T)/d(I)
  • Die für die Injektion benötigte Mindest-Gesamtspannung beträgt exemplarisch für die Injektion von Elektronen U(Min) = Δe·(1 + x) (7)
  • Um elektrischen Durchbruch in der Transportschicht zu vermeiden, darf die elektrische Feldstärke in der Transportschicht die Durchbruchsfeldstärke nicht überschreiten. Mit einer Durchbruchsfeldstärke E(T, Max) folgt als obere Begrenzung für die über den Schichtstapel angelegte Spannung exemplarisch für die Injektion von Elektronen U(Max) = E(T, Max)·d(T)· (1 + x) / x (8)
  • Der maximal mögliche Wert von x bei dem noch Injektion möglich ist ohne die Feldstärke in der Transportschicht über die Durchbruchsfeldstärke zu erhöhen berechnet sich exemplarisch für die Injektion von Elektronen aus der Gleichsetzung der Ausdrücke (7) und (8) gemäß Δe·(1 + x) = E(T, Max)·d(T)· (1 + x) / x (9)
  • Woraus sich ergibt
    Figure 00060001
  • U(Min) und U(Max) sowie der maximal mögliche Wert von ε(I)/ε(T) sollen im Folgenden anhand eines Beispiels illustriert werden. Hierfür sind Annahmen für einige Größen erforderlich, die zunächst begründet werden sollen
    • 1. Da die Bandlücken der für Transportschichten geeigneten Materialien (ε(T) typischerweise > 20, siehe unten) typischerweise > 3 eV sind, sind Δe und Δh typischerweise 1–2 eV. Das heist, dass Injektion typischerweise bei |U(I)| > 2 V stattfindet.
    • 2. Durchbruchfeldstärken von Oxiden liegen typischerweise bei 106 V/cm
    • 3. Der Tunnelstrom durch die Injektionsschicht sinkt exponentiell mit deren Dicke. Für große Tunnelströme sollte die Injektion durch direktes Tunnelm erfolgen, so dass die Schichtdicke der Injektionsschicht weniger als 2 nm betragen sollte
  • Für Δe = 2 V, E(T; Max) = 106 V/cm und d(I) = 2 nm ergibt sich ε(I)/ε(T) < 0.1. Das bedeutet dass ε(T) mindestens 10 mal größer als ε(I) sein muss. Bei d(I) = 1 nm muss ε(T) mindestens 20 mal größer als ε(I) sein. Da die Permittivität (eines jeden Materials und damit auch der Injektionsschicht) immer größer als 1 ist, folgt dass die Permittivität der Transportschicht typischerweise > 20 sein muss.
  • Die gemäß (7) und (8) berechnete untere und obere Begrenzung der angelegten Spannung ist in nachstehender Abbildung illustriert, wobei exemplarisch Δe = 2 V, E(T; Max) = 106 V/cm und d(T) = 100 nm bzw. d(T) = 200 nm angenommen wurden.
  • Figure 00070001
  • Für die in obiger Abbildung angenommenen Werte für Δe, E(T; Max) und d(T) = 100 nm kann eine Injektion ohne elektrischen Durchbruch nur für Werte von x < 5 erreicht werden. Bei einer Dicke der Injektionsschicht von d(I) = 2 nm (Begründung siehe oben) bedeutet dies, dass die Injektion nur für ε(I)/ε(T) < 0.1 möglich ist. Bei d(T) = 200 nm muss zwar x nur < 10 sein. Mit d(I) = 2 nm ergibt sich aber wegen des größeren d(T) wiederum ε(I)/ε(T) < 0.1 in Übereinstimmung mit Gleichung (10). Eine größe Schichtdicke d(T) erhöht die maximal anlegbare Spannung, erlaubt aber keine geringeren Unterschiede in der relativen Permittivität.
  • Ausführungsbeispiele
  • Die folgenden Abbildungen zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Anordnungen und damit herstellbare Vorrichtungen, sowie – teilweise – die dazugehörigen Energiebänder.
  • : Energiebanddiagramm eines elektrisch kontaktierten undatierten Halbleiters ohne und mit angelegter Spannung.
  • : Energiebanddiagramm eines Halbleiters hoher Permittivität mit einer Injektionsschicht niedriger Permittivität ohne sowie mit angelegter Spannung zur Illustration des Mechanismus zur Injektion von Elektronen (U > 0) oder Löchern (U < 0) durch direktes Tunneln, wie durch die Pfeile angedeutet. „q” ist die Elementarladung. Die direkte Injektion von Ladungsträgern in die Transportschicht ist durch hohe Barrieren am Kontakt behindert. Der Betrieb der Diode ist nur unipolar möglich.
  • : Energiebanddiagramm eines Halbleiters hoher Permittivität mit einer Injektionsschicht niedriger Permittivität mit angelegter Spannung zur Illustration des Mechanismus zur Injektion von Elektronen und Löchern. Eine Sorte von Ladungsträgern kann bei geringer Barrierenhöhe direkt in die Transportschicht injiziert werden, wogegen die zweite Sorte durch Tunneln wie in ermöglicht wird. Der Betrieb der Diode ist bipolar möglich.
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit unterschiedlichen Kontakten und einer Injektionsschicht: oben: top-Emitter Anordnung; mitte: bottom-Emitter Anordnung; unten: vollständig transparente, beidseitig emittierende Anordnung. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt. Die Anordnung der Injektionschicht ist auch oberhalb der Transportschicht möglich.
  • : Energiediagramm eines Halbleiters hoher Permittivität mit zwei Injektionsschichten niedriger Permittivität ohne sowie mit angelegter Spannung zur Illustration der Injektion von Elektronen und Löchern an entgegengesetzten Elektroden. Der Betrieb der Diode ist bipolar möglich.
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit unterschiedlichen Kontakten und Injektionsschichten: oben: top-Emitter Anordnung; mitte: bottom-Emitter Anordnung; unten: vollständig transparente, beidseitig emittierende Anordnung. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Energiebanddiagramm für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, niederpermittiver Injektionsschicht und Leuchtschicht
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, oberer Injektionsschicht und unterer Leuchtschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt
  • : Weitere Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, unterer Injektionsschicht und oberer Leuchtschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Energiebanddiagramm für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, niederpermittiver Injektionsschicht, Barriereschicht und Leuchtschicht
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, oberer Injektionsschicht und unterer Leucht- und Barriereschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Weitere Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, unterer Injektionsschicht und oberer Leucht- und Barriereschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Energiebanddiagramm für Leuchtdioden mit Leuchtschicht zwischen 2 hochpermittiven Transportschichten mit niederpermittiven Injektionsschichten.
  • : Ausführungsbeispiel für Leuchtdioden mit zwei hochpermittiven Transportschichten, und zugehörigen Injektionsschichten sowie zentraler Leuchtschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt. Durch unterschiedliche Anordnung transparenter Schichten analog zu und ergeben sich weitere Ausführungsbeispiele.
  • Anwendungsbeispiele im Detail:
  • Die Anwendung des Verfahrens zur Ladungsträgerinjektion betrifft Leuchtdioden unter Verwendung von Halbleitern mit hoher Permittivität in Verbindung mit Injektionsschichten niedriger Permittivität nach dem oben beschriebenen Mechanismus zur Injektion von Ladungsträgern. Die Funktion der Leuchtdioden beruht auf der strahlenden Rekombination von Elektronen und Löchern in einem Material. Im Betrieb müssen diesem Material positive und negative Ladungsträgersorten über die Außenkontakte zugeführt werden, was entweder durch einen p/n Übergang oder durch Injektion an den Kontakten realisiert wird.
  • Die auf dem beschriebenen Mechanismus der Ladungsträgerinjektion beruhenden Leuchtdioden können in Dünnschichttechnik abgeschieden werden. Als Substrate für die Abscheidung können beliebige Materialien verwendet werden. Auswahlkriterien für die Substrate können eine geeignete Oberflächenrauigkeit, eine ausreichende mechanische Stabilität und eine ausreichende Temperaturstabilität sein. Zur elektrischen Kontaktierung sind beliebige elektrisch leitfähige Materialien verwendbar. Eines der beiden Kontaktmaterialien muss transparent für das in der Leuchtdiode erzeugte Licht sein. Als transparente Elektroden können sehr dünne Metallschichten oder transparente leitfähige Oxide wie z. B. Sn-dotiertes In2O3(ITO), Fluor-dotiertes SnO2, Al-dotiertes ZnO, oder CdO verwendet werden. Bei Verwendung eines transparenten Substrats und transparenten Elektroden sind vollständig transparente Leuchtdioden realisierbar.
  • Zur Realisierung von Leuchtdioden sind verschiedene Ausführungen denkbar:
    • 1.1: Die Transportschicht dient gleichzeitig als lichtemittierende Schicht. Die an den Kontakten injizierten beiden Ladungsträgersorten werden in der Transportschicht durch das anliegende elektrische Feld zu der der injizierenden Elektrode jeweils gegenüberliegenden Elektrode beschleunigt und können beim Aufeinandertreffen miteinander rekombinieren. Hierbei kann Licht erzeugt werden. Verschiedene Ausführungsführungsbeispiele hierfür sind in und skizziert. Vollkommen transparente Schichtstapel sind realisierbar.
    • 1.2: Die hochpermittive Transportschicht wird in Kombination mit der Injektionsschicht dazu verwendet um eine Sorte von Ladungsträgern (Löcher oder Elektronen) zu generieren und einer separaten, lichtemittierenden Schicht, im Folgenden als Leuchtschicht bezeichnet, zuzuführen. Die Leuchtschicht besteht aus einem Halbleiter beliebiger Permittivität, geeigneter Bandlücke und geeigneter Lumineszenzausbeute, wie z. B. (Zn, Cd)(O, S, Se), (In, Ga)(N, P, As). Ein schematisches Energiebanddiagramm ist gegeben. In diesem Beispiel wird die Transportschicht dazu verwendet um der Leuchtschicht Elektronen zuzuführen. Die Zuführung von Löchern ist ebenfalls möglich. Ausführungsbeispiele sind in und skizziert. Vollkommen transparente Schichtstapel sind realisierbar.
    • 1.3: An der Grenzfläche zwischen der hochpermittiven Transportschicht und der Leuchtschicht können zusätzliche Schichten eingefügt werden, die den Durchtritt von Ladungsträgern aus der lichtemittierenden Schicht in die hochpermittive Transportschicht verhindern. Diese Schichten werden im Folgenden als Barriereschichten bezeichnet. Als Barriereschichten eignen sich Materialien mit Bandlücken die größer als die Bandlücke der Leuchtschicht sind. Ein mögliches Energiebanddiagramm für einen solchen Schichtstapel ist in gezeigt. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in und skizziert. Vollkommen transparente Schichtstapel sind realisierbar.
    • 1.4: Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch Einbettung einer Leuchtschicht zwischen zwei mit Injektionsschichten versehenen Transportschichten. In diesem Fall werden Elektronen und Löcher durch separate Transportschichten der zentralen Leuchtschicht zugeführt, in der sie rekombinieren. Ein entsprechendes Energiebanddiagramm ist in gezeigt. Ein zugehöriges Ausführungsbeispiel ist in dargestellt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den unterschiedlichen, möglichen Anordnungen transparenter Schichten. Vollkommen transparente Schichtstapel sind realisierbar.
  • Zur Erhöhung der Emission sowie zur Einstellung der Emissionswellenlänge kann die lichtemittierende Schicht (Leuchtschicht) gezielt mit Fremdatomen dotiert werden.
  • Zur Erhöhung der Betriebsspannung und/oder um die (mehrfarbige) Emission von Licht zu erzeugen kann die Sequenz Injektionsschicht/Transportschicht mehrfach übereinander gestapelt werden ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Wobei zur Erzeugung von mehrfarbigem Licht eine entsprechende Anzahl von Leuchtschichten vorzusehen ist, d. h. für 2 oder 3-farbiges Licht auch 2 oder 3 unterschiedliche Leuchtschichten.
  • Nicht dargestellt ist auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Leuchtdioden gemäß der Erfindung – entweder wie oben mit unterschiedlichen Leuchtschichten oder mit gleichen Leuchtschichten – kaskadiert werden.
  • Ebenso nicht dargestellt ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei welchem die relativen Permittivitäten entweder einzeln oder gemeinsam, d. h. von Injektionsschicht oder Transportschicht oder Injektionsschicht und Transportschicht im Betrieb der Schichtenfolge, d. h. in den jeweiligen Anwendungsformen, insbesondere als Leuchtdiode, zeitlich veränderbar ausgeführt sind.
  • Abbildungslegende
  • : Energiebanddiagramm eines elektrisch kontaktierten undotierten Halbleiters ohne und mit angelegter Spannung.
  • : Energiebanddiagramm eines Halbleiters hoher Permittivität mit einer Injektionsschicht niedriger Permittivität ohne sowie mit angelegter Spannung zur Illustration des Mechanismus zur Injektion von Elektronen (U > 0) oder Löchern (U < 0) durch direktes Tunneln, wie durch die Pfeile angedeutet. „q” ist die Elementarladung. Die direkte Injektion von Ladungsträgern in die Transportschicht ist durch hohe Barrieren am Kontakt behindert. Der Betrieb der Diode ist nur unipolar möglich.
  • : Energiebanddiagramm eines Halbleiters hoher Permittivität mit einer Injektionsschicht niedriger Permittivität mit angelegter Spannung zur Illustration des Mechanismus zur Injektion von Elektronen und Löchern. Eine Sorte von Ladungsträgern kann bei geringer Barrierenhöhe direkt in die Transportschicht injiziert werden, wogegen die zweite Sorte durch Tunneln wie in ermöglicht wird. Der Betrieb der Diode ist bipolar möglich.
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit unterschiedlichen Kontakten und einer Injektionsschicht: oben: top-Emitter Anordnung; mitte: bottom-Emitter Anordnung; unten: vollständig transparente, beidseitig emittierende Anordnung. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt. Die Anordnung der Injektionschicht ist auch oberhalb der Transportschicht möglich.
  • : Energiebanddiagramm eines Halbleiters hoher Permittivität mit zwei Injektionsschichten niedriger Permittivität ohne sowie mit angelegter Spannung zur Illustration der Injektion von Elektronen und Löchern an entgegengesetzten Elektroden. Der Betrieb der Diode ist bipolar möglich.
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit unterschiedlichen Kontakten und Injektionsschichten: oben: top-Emitter Anordnung; mitte: bottom-Emitter Anordnung; unten: vollständig transparente, beidseitig emittierende Anordnung. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Energiebanddiagramm für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, niederpermittiver Injektionsschicht und Leuchtschicht
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, oberer Injektionsschicht und unterer Leuchtschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt
  • : Weitere Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, unterer Injektionsschicht und oberer Leuchtschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Energiebanddiagramm für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, niederpermittiver Injektionsschicht, Barriereschicht und Leuchtschicht
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, oberer Injektionsschicht und unterer Leucht- und Barriereschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Ausführungsbeispiele für Leuchtdioden mit hochpermittiver Transportschicht, unterer Injektionsschicht und oberer Leucht- und Barriereschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt.
  • : Energiebanddiagramm für Leuchtdioden mit Leuchtschicht zwischen 2 hochpermittiven Transportschichten mit niederpermittiven Injektionsschichten.
  • : Ausführungsbeispiel für Leuchtdioden mit zwei hochpermittiven Transportschichten, und zugehörigen Injektionsschichten sowie zentraler Leuchtschicht. Das zugehörige Energiebanddiagramm ist in gezeigt. Durch unterschiedliche Anordnung transparenter Schichten analog zu und ergeben sich weitere Ausführungsbeispiele.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    transparente obere Elektrode
    101
    obere Elektrode
    102
    transparente Transportschicht
    103
    Transportschicht
    104
    obere Transportschicht
    105
    untere Transportschicht
    106
    transparente untere Elektrode
    107
    untere Elektrode
    108
    transparentes Substrat
    109
    Substrat
    110
    Injektionsschicht
    111
    Leuchtschicht
    112
    transparente Barriereschicht
    113
    Barriereschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10228768 A1 [0003]
    • DE 69107262 T2 [0003, 0003]
    • DE 10228768 [0003]

Claims (9)

  1. Elektronische Vorrichtung, ausgeführt mit Kontakten zum Anlegen einer Spannung und ausgeführt mit mindestens einer ersten dielektrischen Schicht (Injektionsschicht) mit einer ersten Dicke d1 und einer ersten relativen Permittivität ε1 und einer direkt angrenzenden, mindestens zweiten dielektrischen Schicht (Transportschicht) mit einer Dicke d2 und einer zweiten relativen Permittivität ε2, wobei die Injektionsschicht eine relativ niedrige Permittivität im Vergleich zur Transportschicht aufweist und die Injektionsschicht eine Dicke d1 aufweist, welche das Tunneln von Ladungsträgern über dieser Schicht zugeordneten Kontakt durch die Injektionsschicht in die Transportschicht erlaubt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Licht emittierende Schicht (Leuchtschicht) enthält.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Transportschicht gleichzeitig als Licht emittierende (Leuchtschicht) ausgeführt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Transportschicht und der Licht emittierenden Schicht eine Barriereschicht, in Form eines den Durchtritt von Landungsträgern aus der Leuchtschicht in die Transportschicht verhindernden Materials, z. B. eines Materials mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke der Leuchtschicht ist, vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der einen Licht emittierenden Schicht mindestens zwei Paare von unmittelbar aneinander grenzenden Injektions- und Transportschichten, etwa oberhalb und unterhalb der Leuchtschicht zugeordnet sind, wobei die Zuordnung so ausgeführt ist, dass bei angelegter Spannung gleichzeitig positive und negative Ladungsträger in die Leuchtschicht injiziert werden.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Injektionsschichten aufweist, welche ober- und unterhalb lediglich einer Transportschicht angeordnet sind und die eine Transportschicht gleichzeitig als Leuchtschicht ausgeführt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein transparentes Substrat, oder/und eine transparente obere oder/und untere Elektrode oder/und eine transparente Barriereschicht oder/und transparente Transport- oder/und transparente Injektions-Schicht aufweist.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Leuchtdiode, wobei gleichzeitig positive und negative Ladungsträger in die Licht emittierende Schicht der Leuchtdiode (Leuchtschicht) injiziert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Injektion von positiven und negativen Ladungsträgern in die Leuchtschicht jeweils durch Tunneln von Ladungsträgern durch eine Injektionsschicht in eine unmittelbar angrenzende Transportschicht jeweils geeigneter Dicke erfolgt und die Injektionsschicht eine viel geringere relative Permittivität aufweist, als die zugeordnete Transportschicht aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zwei Injektionsschichten nur einer Transportschicht zugeordnet sind und die eine Transportschicht Licht emittiert.
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