專利名稱：垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管技術(shù)，具體地講是一種垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，場(chǎng)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。1975年，Neudeck和Malhotra首次報(bào)道了α-Si:H薄膜晶體管的雙極工作模式。之后，有人報(bào)道了雙極工作模式的非晶硅薄膜晶體管。1992年出現(xiàn)了基于InGaAs/AnAlAs/InGaAs異質(zhì)結(jié)的第一個(gè)無(wú)機(jī)發(fā)光(晶體)管，但這個(gè)器件中的控制電流是用來產(chǎn)生光的。1996年雙層薄膜晶體管問世，其工作原理接近于雙極工作模式。除了特殊的電學(xué)性質(zhì)(正、負(fù)電壓的對(duì)稱行為)之外，原則上，載流子的復(fù)合可產(chǎn)生光發(fā)射。
值得一提的是，在Schn發(fā)表了一系列的文章之后，希望能融合有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管來制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的需求不斷增加，其目標(biāo)是要得到簡(jiǎn)化的有機(jī)主動(dòng)矩陣顯示。場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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)用不高。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)特方法。
原則上，與發(fā)光二極管相比，場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管，在所謂的“p型”驅(qū)動(dòng)條件下，它具有從源極和漏極分別注入空穴和電子的雙注入特性。Ahles等人在相似的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的器件結(jié)構(gòu)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(chǎng)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等人也成功地獲得了以MEH-PPV為活性層的底接觸型有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的電致發(fā)光，實(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(zhǎng)度很短(約0.8μm)。此外，Nakamura等人報(bào)道了一種通過簡(jiǎn)單過程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(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管。塑料襯底上的場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)發(fā)光器件都采用傳統(tǒng)的場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以便提高場(chǎng)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垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法，這種垂直結(jié)構(gòu)的場(chǎng)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)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管采用垂直結(jié)構(gòu)，即在ITO柵極的襯底上，有無(wú)機(jī)介電絕緣層和有機(jī)功能層；在無(wú)機(jī)介電絕緣層與有機(jī)功能層之間，有導(dǎo)電源極；在有機(jī)功能層上有導(dǎo)電漏極。
該垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法(1)清洗ITO玻璃片，制作ITO電極作為場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的柵極；通過掩模板的方法將柵極沉積在柔性襯底或鋼性襯底上；(2)通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射的方法，將無(wú)機(jī)介電絕緣層材料蒸鍍到清洗好的ITO柵極上；有的無(wú)機(jī)絕緣材料也可通過分子束外延和激光脈沖沉積的方法成膜；(3)利用熱蒸發(fā)的方法并通過掩模板將金屬電極蒸鍍到無(wú)機(jī)介電絕緣層上，形成一定厚度的導(dǎo)電層作為源極；(4)用熱蒸發(fā)的辦法在源極上蒸鍍有機(jī)功能薄膜層；(5)將透明導(dǎo)電電極材料蒸鍍到有機(jī)功能薄膜層上作為漏極，從而完成整個(gè)發(fā)光管器件的制備。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于是用介電常數(shù)很高的無(wú)機(jī)材料來充當(dāng)絕緣層，能有效增加場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管中的電容單元(即柵極與源極所夾的無(wú)機(jī)介電材料層)的單位電容量。垂直構(gòu)型場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制作工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需光刻等復(fù)雜工藝，溝道長(zhǎng)度可以作得很薄，因而可以大大提高場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)遷移率，工作電壓低、響應(yīng)速度快。本發(fā)明利用有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料以及垂直構(gòu)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的各自優(yōu)點(diǎn)并發(fā)揮它們集合在一起后的優(yōu)勢(shì)，制備出響應(yīng)速度快、性能優(yōu)良的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管。


圖1、2分別為本發(fā)明的剛性襯底上和柔性襯底上的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管結(jié)構(gòu)圖(發(fā)光層由有機(jī)層組成)。
圖3為垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法方框簡(jiǎn)圖。
圖4、5為本發(fā)明的剛性襯底上和柔性襯底上的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管結(jié)構(gòu)圖(發(fā)光層由無(wú)機(jī)層/有機(jī)層組成)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1、2、3所示，其步驟如下(1)清洗ITO玻璃片，通過腐蝕的方法制備出ITO電極作為柵極。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)將SiO2介電絕緣層通過電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍到清洗好的ITO電極基片上，厚度為150～300nm。
(3)通過掩模板，用熱蒸發(fā)等方法將金屬Au蒸鍍到SiO2介電絕緣層上，厚度為100～200nm。
(4)在SiO2介電絕緣層上用熱蒸發(fā)的方法蒸鍍有機(jī)發(fā)光層Alq3，厚度100～200nm。
(5)蒸鍍透明導(dǎo)電漏極---Mg:Ag合金，完成場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備。
依據(jù)以上方法，我們得到了如下的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管Glass/ITO/SiO2(250nm)/Au(30nm)/Alq3(100nm)/Mg:Ag，即在ITO柵極2的玻璃基片1上，有一層無(wú)機(jī)(SiO2)絕緣層3和一層有機(jī)(Alq3)發(fā)光層5，且在無(wú)機(jī)絕緣層3與有機(jī)發(fā)光層5之間，有一層金屬(Au)源極4，在有機(jī)發(fā)光層5上鍍有透明導(dǎo)電(Mg:Ag合金)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)，可制備出響應(yīng)速度快、性能優(yōu)良的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管。
實(shí)施例2如圖5所示，步驟與實(shí)施例1類似，只是該場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管中的發(fā)光層不僅包括一層有機(jī)材料，而且還包括一層無(wú)機(jī)材料，是有機(jī)/無(wú)機(jī)組合層，即襯底1/柵極2/介電層3/源極4/無(wú)機(jī)層5/有機(jī)層6/漏極7。在有機(jī)玻璃(PET)襯底1上蒸鍍金屬(如Au)電極作為柵極2，然后在Au柵極2上蒸鍍一層無(wú)機(jī)(TiO2)絕緣層3，然后是一層金屬(Au)源極4，接著是一層無(wú)機(jī)層5和有機(jī)(MEH-PPV、Alq3等)發(fā)光層6，再在有機(jī)發(fā)光層6上鍍有導(dǎo)電漏極7。柔性襯底上的場(chǎng)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，并具有廣闊市場(chǎng)。
當(dāng)然，剛性襯底(圖4)還可以是高摻雜的硅片襯底。這樣，可以與已成規(guī)模的硅技術(shù)相兼容。
權(quán)利要求
1.一種垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管，其特征在于其采用垂直結(jié)構(gòu)，在ITO柵極(2)的襯底(1)上，有無(wú)機(jī)介電絕緣層(3)和有機(jī)功能層(5)；在無(wú)機(jī)介電絕緣層(3)與有機(jī)功能層(5)之間，有導(dǎo)電電極薄層(4)；在有機(jī)功能層(5)上有透明導(dǎo)電漏極(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管，其特征在于有機(jī)功能層(5)是發(fā)光層，導(dǎo)電電極薄層(4)為源極。
3.一種垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)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)在某一襯底上，制備導(dǎo)電電極作為柵極；(2)將無(wú)機(jī)介電絕緣材料通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射等方法蒸鍍到柵極上；(3)利用熱蒸發(fā)等方法、通過掩模板將金屬電極蒸鍍到無(wú)機(jī)介電絕緣層上作為源極，具有一定的厚度；(4)待冷卻后，再在源極上用熱蒸發(fā)等方法蒸鍍有機(jī)功能層(即發(fā)光層)材料；(5)接著蒸鍍透明導(dǎo)電電極作為漏極，從而完成器件的制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于無(wú)機(jī)介電絕緣層可優(yōu)化為多層無(wú)機(jī)絕緣層的組合；導(dǎo)電電極可以是多層金屬及金屬合金的組合；有機(jī)功能層可優(yōu)化為多層有機(jī)材料的組合層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直構(gòu)型的有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于在步驟(1)中，導(dǎo)電柵極可直接蒸鍍到玻璃片上，也可以直接沉積到高摻雜的硅片上；基片可以是剛性襯底，也可以是柔性襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于在步驟(2)中，對(duì)于不能用電子束蒸發(fā)或磁控濺射方法成膜的無(wú)機(jī)介電材料，可通過分子束外延和激光脈沖沉積等其他方法成膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于在步驟(3)中，源極可以是一種或多種金屬或合金的薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于在步驟(4)中，對(duì)于有機(jī)材料，也可用甩膜等方法成膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的制備方法，其特征在于在步驟(5)中，用于輸出光的漏極，必須是透明及半透明電極；如果源極和柵極都是透明導(dǎo)電電極，則場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管的電致發(fā)光也可以從柵極一側(cè)輸出。
全文摘要
垂直構(gòu)型有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管及其制備方法，即在剛性或柔性襯底上蒸鍍導(dǎo)電電極作為柵極，然后將無(wú)機(jī)介電絕緣材料通過電子束蒸發(fā)或磁控濺射等方法蒸鍍到柵極上，再將導(dǎo)電源極通過掩模板的方法蒸鍍到無(wú)機(jī)介電絕緣層上，再用熱蒸發(fā)等辦法蒸鍍有機(jī)功能層，最后蒸鍍透明導(dǎo)電漏極完成場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管器件的制備。該有機(jī)/無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)發(fā)光管由于使用了垂直結(jié)構(gòu)，制作工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需光刻等復(fù)雜工藝。溝道長(zhǎng)度可以作得很薄因而可大大提高發(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(chǎng)效應(yīng)遷移率，工作電壓低、響應(yīng)速度快。
文檔編號(hào)H01L51/56GK101075661SQ20071010015
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, 鄧振波 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)