專利名稱：底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場效應(yīng)發(fā)光管技術(shù)，具體地講是一種底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，場效應(yīng)晶體管的工作模式通常為單極載流子模式，但雙極工作模式也是可能的。在Schn的基于α-6T的有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管報(bào)道之后，希望能融合有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)場效應(yīng)晶體管來制備有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管的需求不斷增加，其目標(biāo)是要得到簡化的有機(jī)主動(dòng)矩陣顯示。場效應(yīng)發(fā)光管是一種集發(fā)光和晶體管的“開/關(guān)”功能于一體的光電子器件。有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管在發(fā)光器件、光互聯(lián)的有機(jī)集成電路和有機(jī)激光二極管中具有多種潛在的應(yīng)用。有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管不僅能增加發(fā)光單元像素點(diǎn)的孔徑，而且由于開關(guān)晶體管數(shù)量的減少而使得主動(dòng)矩陣顯示的制造費(fèi)用大為降低。再者，通過柵壓來控制載流子積累及連續(xù)地從源極和漏極注入載流子，這是給有機(jī)層提供載流子的一種獨(dú)特的方法。
原則上，與發(fā)光二極管相比，場效應(yīng)發(fā)光管中柵極的存在提供了許多優(yōu)點(diǎn)對(duì)于雙極發(fā)光材料，柵極電壓將減小功能層中電子和空穴數(shù)量的不平衡——這是獲得高激子密度的至關(guān)重要的因素。而且，通過柵壓可控制晶體管溝道中激子復(fù)合區(qū)的位置，以減少金屬電極處激子的猝滅。近年來，有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電致發(fā)光取得了重要進(jìn)展?；诓⑺谋蕉嗑П∧さ牡捉佑|型有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管，在所謂的p型驅(qū)動(dòng)條件下，具有從源極和漏極注入空穴和電子的雙注入特性。Ahles等人在相似結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管器件中觀察到了poly(9，9-diethylhexyl-fluorence)的電致發(fā)光。他們都認(rèn)為有機(jī)層與欠刻蝕的Au電極之間的高電場能引起較大的電子注入。另外，Misewich等人也觀察到了以碳納米管為發(fā)射極的雙極薄膜晶體管的紅外光發(fā)射。最近，Sakanoue等人也在以MEH-PPV為活性層的底接觸型有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管中成功地獲得了電致發(fā)光，表明非對(duì)稱的源-漏電極(Al/Au)能極大地增強(qiáng)電致發(fā)光效率。有人也觀察到了以2，4-bis(4-(2’-thiophene-y1)phenyl)thiophene為活性層的有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管的電致發(fā)光，其最大外量子效率為6.3×10-3％，源、漏電極之間的溝道長度很短(約0.8μm)。此外，關(guān)于不同種類的有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管的自發(fā)輻射也有報(bào)道。Nakamura等人報(bào)道了一種通過簡單過程制備得到的、以塑料為襯底的、高性能的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體類型的有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管。塑料襯底上的場效應(yīng)發(fā)光管將為具有晶體管“開/關(guān)”功能并能發(fā)光的柔性器件開辟道路。
以上報(bào)道的這些有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光器件都采用傳統(tǒng)的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，在制作過程中仍需光刻工藝，這會(huì)對(duì)有機(jī)薄膜的有序性產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響器件的整體性能；同時(shí)，源、漏電極的接觸電阻和溝道電阻也是影響器件性能的主要因素。因此，很有必要對(duì)有機(jī)場效應(yīng)發(fā)光管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以便提高場效應(yīng)發(fā)光管的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法，這種垂直結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)發(fā)光管能克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的薄膜發(fā)光管的諸多缺點(diǎn)，制作工藝簡單，無需光刻等復(fù)雜的工藝，易于集成，工作電壓低，響應(yīng)速度快。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的底端為源極的場效應(yīng)發(fā)光管采用垂直結(jié)構(gòu)，即在基片上，有導(dǎo)電源極；
在導(dǎo)電源極上有半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上有導(dǎo)電柵極；在導(dǎo)電柵極上有半導(dǎo)體和有機(jī)發(fā)光復(fù)合功能層；在復(fù)合功能層上有透明導(dǎo)電漏極。
該底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法(1)清洗基片，然后在其上蒸鍍導(dǎo)電電極(金屬或合金)作為場效應(yīng)發(fā)光管的源極；基片可以是柔性襯底，也可以是剛性襯底；(2)通過熱蒸發(fā)或甩膜等方法將有機(jī)半導(dǎo)體材料蒸鍍到源極上；也可用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、分子束外延和激光脈沖沉積等方法制備無機(jī)半導(dǎo)體薄膜。
(3)利用熱蒸發(fā)等方法并通過掩模板將導(dǎo)電電極蒸鍍到半導(dǎo)體薄膜層上，形成一定厚度的導(dǎo)電電極作為柵極；(4)用熱蒸發(fā)等方法在柵極上蒸鍍半導(dǎo)體層以及有機(jī)發(fā)光復(fù)合功能薄膜層；(5)將透明導(dǎo)電電極材料蒸鍍到復(fù)合功能層上作為漏極，從而完成整個(gè)發(fā)光管器件的制備。
本發(fā)明由于是用底端為源極的垂直構(gòu)型來制備場效應(yīng)發(fā)光管，其制作工藝簡單，無需光刻等復(fù)雜工藝；溝道長度可以作得很薄，因而可以大大提高場效應(yīng)發(fā)光管器件的“開/關(guān)”電流比；對(duì)于質(zhì)輕、價(jià)廉及可與柔性襯底相兼容的有機(jī)材料，更有利于提高有機(jī)膜的有序性和場效應(yīng)遷移率，因而器件的工作電壓低、響應(yīng)速度快。因此，本發(fā)明的目的是要充分利用有機(jī)材料、無機(jī)材料以及垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的各自優(yōu)點(diǎn)，并發(fā)揮它們集合在一起之后的優(yōu)勢，制備出響應(yīng)速度快、發(fā)光性能優(yōu)良的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管。


圖1為本發(fā)明的剛性或柔性襯底上的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管結(jié)構(gòu)圖。
圖2為底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法方框簡圖。
圖3為底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管Glass/ITO/TPD(50nm)/Al(100nm)/TPD(50nm)/Alq3(52nm)/Al在不同柵極電壓下的源-漏電壓(Vsd)與源-漏電流(Isd)之間的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
1如圖1、2所示，其步驟如下(1)清洗基片，在基片上制備出導(dǎo)電電極作為源極；本實(shí)施例可選擇通過刻蝕等方法制備的ITO電極為柵極。
(2)然后，將有機(jī)半導(dǎo)體材料通過熱蒸發(fā)或甩膜等方法沉積到清洗好的ITO柵極上，厚度為50～300nm。
(3)通過掩模板，用熱蒸發(fā)等方法將導(dǎo)電電極蒸鍍到有機(jī)半導(dǎo)體層上作為柵極，厚度約為100nm左右。
(4)用熱蒸發(fā)的方法在柵極上蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合層，厚度100～300nm。
(5)最后蒸鍍透明漏極，完成場效應(yīng)發(fā)光管的制備。
作為以上方法的一個(gè)具體實(shí)施例，圖3給出了底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管Glass/ITO/TPD(50nm)/Al(100nm)/TPD(50nm)/Alq3(52nm)/Al在不同柵極電壓下的源-漏電壓(Vsd)與源-漏電流(Isd)之間的關(guān)系曲線。顯然，可通過柵極電壓來調(diào)控該場效應(yīng)發(fā)光管的發(fā)光。其具體的制備過程是在ITO柵極2的玻璃基片1上，有一層有機(jī)空穴傳輸(TPD)層3和5，且在有機(jī)空穴傳輸層3與5之間，有一層金屬Al源極4，然后再在有機(jī)空穴傳輸層(TPD)5上蒸鍍金屬電極Al作為漏極6。值得注意的是，可通過優(yōu)化器件各功能層的厚度，特別是關(guān)注第(2)、(3)、(4)步，優(yōu)選出合適的器件結(jié)構(gòu)，制備出發(fā)光性能優(yōu)良的并可調(diào)節(jié)的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管。
剛性襯底還可以是高摻雜的硅片，這樣，可以與已成規(guī)模的硅技術(shù)相兼容。此外，也可將場效應(yīng)發(fā)光管制作在柔性襯底(如PET等)上。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
2的步驟與實(shí)施方式1相類似，只是將該場效應(yīng)發(fā)光管中的有機(jī)半導(dǎo)體層替換為無機(jī)半導(dǎo)體材料(如ZnO、ZnSe等)，或者是有機(jī)/無機(jī)組合層，主要包括以下幾種方式[1]襯底1/源極2/無機(jī)半導(dǎo)體層3/柵極4/無機(jī)半導(dǎo)體層5/有機(jī)發(fā)光層6/漏極7；[2]襯底1/源極2/無機(jī)半導(dǎo)體層3/柵極4/有機(jī)半導(dǎo)體層5/有機(jī)發(fā)光層6/漏極7；[3]襯底1/源極2/有機(jī)半導(dǎo)體層3/柵極4/無機(jī)半導(dǎo)體層5/有機(jī)發(fā)光層6/漏極7；[4]襯底1/源極2/無機(jī)組合層3/柵極4/有機(jī)組合層5/有機(jī)發(fā)光層6/漏極7；[5]襯底1/源極2/有機(jī)-無機(jī)組合層3/柵極4/有機(jī)-無機(jī)組合層5/有機(jī)發(fā)光層6/漏極7。
導(dǎo)電電極可以是金屬或合金電極，可以是單層結(jié)構(gòu)也可以是多層結(jié)構(gòu)。除了導(dǎo)電電極之外，整個(gè)場效應(yīng)發(fā)光管器件中的半導(dǎo)體層均可以是有機(jī)層、無機(jī)層以及有機(jī)-無機(jī)層的組合。
值得注意的是，以上的有機(jī)發(fā)光層6是以傳輸電子為主的發(fā)光材料，而相應(yīng)的半導(dǎo)體層(或組合層)3和5應(yīng)為以傳輸空穴為主的材料。
如果有機(jī)發(fā)光層是以傳輸空穴為主的發(fā)光材料，則半導(dǎo)體層5和有機(jī)發(fā)光層6的鍍膜順序要互換(而相應(yīng)的半導(dǎo)體層(或組合層)3和5應(yīng)為以傳輸電子為主的材料)，并采用如下鍍膜順序[1]襯底1/源極2/無機(jī)半導(dǎo)體層3/柵極4/有機(jī)發(fā)光層5/無機(jī)半導(dǎo)體層6/漏極7；[2]襯底1/源極2/無機(jī)半導(dǎo)體層3/柵極4/有機(jī)發(fā)光層5/有機(jī)半導(dǎo)體層6/漏極7；[3]襯底1/源極2/有機(jī)半導(dǎo)體層3/柵極4/有機(jī)發(fā)光層5/無機(jī)半導(dǎo)體層6/漏極7； 襯底1/源極2/無機(jī)組合層3/柵極4/有機(jī)發(fā)光層5/無機(jī)組合層6/漏極7；[5]襯底1/源極2/有機(jī)-無機(jī)組合層3/柵極4/有機(jī)發(fā)光層5/有機(jī)-無機(jī)組合層6/漏極7。
可通過優(yōu)化各功能層的厚度，特別是關(guān)注第(2)、(3)、(4)步，優(yōu)選出合適的器件結(jié)構(gòu)，獲得性能優(yōu)良的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管。值得注意的是，塑料襯底上的場效應(yīng)發(fā)光管將為具有晶體管“開/關(guān)”功能并能發(fā)光的柔性器件開辟道路，并具有廣闊的市場前景。
權(quán)利要求
1.一種底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管，其特征在于其采用垂直結(jié)構(gòu)，即在基片(1)上，有導(dǎo)電源極(2)；在導(dǎo)電源極(2)上有半導(dǎo)體層(3)；在半導(dǎo)體層(3)上有導(dǎo)電柵極(4)；在導(dǎo)電柵極(4)上有半導(dǎo)體層(5)和有機(jī)發(fā)光層(6)；在有機(jī)發(fā)光層(6)上有透明導(dǎo)電漏極(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管，其特征在于除了導(dǎo)電電極外，場效應(yīng)發(fā)光管器件中的半導(dǎo)體層均可以是有機(jī)層、無機(jī)層以及有機(jī)/無機(jī)層的組合。
3.一種底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于其制備方法如下(1)清洗基片(1)，然后在其上蒸鍍導(dǎo)電電極作為場效應(yīng)發(fā)光管的源極(2)；(2)通過熱蒸發(fā)或甩膜等方法將有機(jī)半導(dǎo)體材料(3)制備到源極(2)上；(3)利用熱蒸發(fā)等方法并通過掩模板將導(dǎo)電電極蒸鍍到半導(dǎo)體層(3)上，形成一定厚度的導(dǎo)電層作為柵極(4)；(4)用熱蒸發(fā)等方法在柵極(4)上蒸鍍半導(dǎo)體層(5)和有機(jī)發(fā)光層(6)；(5)將透明導(dǎo)電電極材料蒸鍍到有機(jī)發(fā)光層(6)上作為漏極(7)，從而完成整個(gè)場效應(yīng)發(fā)光管器件的制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于基片(1)可以是柔性襯底，也可以是剛性襯底；在基片(1)上蒸鍍的導(dǎo)電電極作為場效應(yīng)發(fā)光管的源極(2)，導(dǎo)電電極可以是金屬電極，也可以是合金電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于也可用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、分子束外延和激光脈沖沉積的方法來制備無機(jī)半導(dǎo)體薄膜層(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于柵極(4)可以由單層金屬及多層金屬構(gòu)成，也可以由單層金屬合金及多層金屬合金構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于可將半導(dǎo)體層及有機(jī)發(fā)光層優(yōu)化為多層薄膜組合，采用如下鍍膜方式[1]襯底(1)/源極(2)/無機(jī)半導(dǎo)體層(3)/柵極(4)/無機(jī)半導(dǎo)體層(5)/有機(jī)發(fā)光層(6)/漏極(7)；[2]襯底(1)/源極(2)/無機(jī)半導(dǎo)體層(3)/柵極(4)/有機(jī)半導(dǎo)體層(5)/有機(jī)發(fā)光層(6)/漏極(7)；[3]襯底(1)/源極(2)/有機(jī)半導(dǎo)體層(3)/柵極(4)/無機(jī)半導(dǎo)體層(5)/有機(jī)發(fā)光層(6)/漏極(7)；[4]襯底(1)/源極(2)/無機(jī)組合層(3)/柵極(4)/無機(jī)組合層(5)/有機(jī)發(fā)光層(6)/漏極(7)；[5]襯底(1)/源極(2)/有機(jī)-無機(jī)組合層(3)/柵極(4)/有機(jī)-無機(jī)組合層(5)/有機(jī)發(fā)光層(6)/漏極(7)。以上的有機(jī)發(fā)光層是以傳輸電子為主的發(fā)光材料，而相應(yīng)的半導(dǎo)體層(或組合層)3和5應(yīng)為以傳輸空穴為主的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于如果有機(jī)發(fā)光層是以傳輸空穴為主的發(fā)光材料，則半導(dǎo)體層(5)和有機(jī)發(fā)光層(6)的鍍膜順序要互換(而相應(yīng)的半導(dǎo)體層(或組合層)3和5應(yīng)為以傳輸電子為主的材料)，采用如下鍍膜方式[1]襯底(1)/源極(2)/無機(jī)半導(dǎo)體層(3)/柵極(4)/有機(jī)發(fā)光層(5)/無機(jī)半導(dǎo)體層(6)/漏極(7)；[2]襯底(1)/源極(2)/無機(jī)半導(dǎo)體層(3)/柵極(4)/有機(jī)發(fā)光層(5)/有機(jī)半導(dǎo)體層(6)/漏極(7)；[3]襯底(1)/源極(2)/有機(jī)半導(dǎo)體層(3)/柵極(4)/有機(jī)發(fā)光層(5)/無機(jī)半導(dǎo)體層(6)/漏極(7)；[4]襯底(1)/源極(2)/無機(jī)組合層(3)/柵極(4)/有機(jī)發(fā)光層(5)/無機(jī)組合層(6)/漏極(7)；[5]襯底(1)/源極(2)/有機(jī)-無機(jī)組合層(3)/柵極(4)/有機(jī)發(fā)光層(5)/有機(jī)-無機(jī)組合層(6)/漏極(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于漏極(7)是透明和半透明的電極。
全文摘要
底端為源極的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法，在剛性或柔性襯底上制備源極，將半導(dǎo)體材料蒸鍍到源極上，在半導(dǎo)體薄膜層上蒸鍍導(dǎo)電電極作為柵極，接著蒸鍍半導(dǎo)體層以及有機(jī)發(fā)光復(fù)合功能薄膜層，最后蒸鍍導(dǎo)電電極作為漏極完成場效應(yīng)發(fā)光管器件的制備。除了導(dǎo)電電極之外，由于場效應(yīng)發(fā)光管使用了垂直結(jié)構(gòu)，所以其制作工藝簡單，無需光刻等復(fù)雜工藝，溝道長度可以作得很薄，可大大提高發(fā)光管器件的“開/關(guān)”電流比。對(duì)于質(zhì)輕、價(jià)廉及可與柔性襯底相兼容的有機(jī)材料，更有利于提高有機(jī)膜的有序性和場效應(yīng)遷移率。本發(fā)明利用有機(jī)和無機(jī)材料、垂直構(gòu)型場效應(yīng)晶體管各自的優(yōu)點(diǎn)組合后，制備出工作電壓低、響應(yīng)速度快、性能優(yōu)良的垂直構(gòu)型場效應(yīng)發(fā)光管。
文檔編號(hào)H01L51/56GK101075662SQ20071010015
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者楊盛誼, 婁志東, 杜文樹, 齊潔茹, 鄧振波 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)