專利名稱：N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外探測器和有機電致發(fā)光二極管以及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無機紅外探測器和倒置型有機電致發(fā)光二極管串聯(lián)耦合在一起構(gòu)成的N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
紅外成像技術(shù)在民用夜視，工業(yè)探傷，晶圓檢測，醫(yī)學(xué)檢測，大氣成像，軍事偵察等領(lǐng)域有著非常廣泛的實用價值。目前傳統(tǒng)的紅外成像儀是通過利用紅外焦平面探測陣列將紅外光信號變?yōu)殡娦盘?，然后通過與之互聯(lián)的讀出電路進行放大處理，轉(zhuǎn)化為可以被顯示屏使用的視頻信號。然而這種通過讀出電路使探測部分和顯示部分連接的方式，過程較為復(fù)雜，成本比較昂貴。近年來劉慧春等人通過將InP/InGaAs紅外探測器和GaAs/AlGaAs發(fā)光二極管串聯(lián)的方式實現(xiàn)了 1.55μπι紅外線到可以被C⑶直接接受的0.87μπι紅外線的波長上轉(zhuǎn)換(具體參見“Luo, H., D.Ban, etal.0ptical upconverter with integratedheterojunction phototransistor and light-emitting diode，Appl.Phys.Lett.,88,073501 (2006) ”)。然而這種無機紅外探測單元和無機發(fā)光單元串聯(lián)的方式，受到材料晶格匹配的限制，需要晶片鍵合工藝，使得器件的轉(zhuǎn)換波長范圍窄和轉(zhuǎn)換效率低，增加了制造成本。有機發(fā)光二極管(OLED)是利用有機材料的電致發(fā)光原理制成的發(fā)光裝置，具有發(fā)光波長易調(diào)節(jié)、成膜不需要晶格匹配、驅(qū)動電壓低、工作溫度廣、視角寬、全固態(tài)主動發(fā)光、成本低等優(yōu)點，已經(jīng)在固態(tài)照明和平板顯示領(lǐng)域得到了應(yīng)用。利用有機材料在無機襯底上較好的成膜性，關(guān)敏等人提出在無機探測單元上直接外延出OLED的結(jié)構(gòu)，探測器在外界偏壓下將光生空穴注入到與之串聯(lián)的有機層，發(fā)出可見光，實現(xiàn)紅外光到可見光的波長上轉(zhuǎn)換(具體參見“M.Guan,L.Li etal.0rganic light-emitting diodes with integratedinorganic photo detector for near-1nfrared optical up-conversion, OrganicElectronics，12，2090-2094，(2011)”)。然而空穴的遷移率以及光生空穴由無機紅外探測器單元到有機層的注入效率較低，這種P型注入使得裝置的上轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換成像裝置及其制備方法，具體是將一個倒置型有機發(fā)光二極管(OLED)外延生長在下部的無機紅外探測器單元上，并在探測單元和發(fā)光單元間插入了一個N型間隔層和一個限光金屬層。能夠解決現(xiàn)有的有機-無機復(fù)合波長上轉(zhuǎn)換裝置因光生空穴注入困難、光的利用效率低等引起的轉(zhuǎn)換效率低的問題。具有制備工藝簡單、轉(zhuǎn)換波長范圍寬、使用溫度范圍廣、轉(zhuǎn)換效率高等特點。本發(fā)明公開了一種N型注入的紅外至可見光波長上轉(zhuǎn)換裝置，構(gòu)成所述裝置的器件由下部的無機紅外光探測器和上部的倒置型有機發(fā)光二極管串聯(lián)組成；所述無機紅外光探測器從底部到頂部的結(jié)構(gòu)順序為:陰極層、襯底層、紅外探測器單元、N型間隔層和絕緣窗口層；所述倒置型有機發(fā)光二極管從底部到頂部的結(jié)構(gòu)順序為:電子注入層、有機電子傳輸層、有機發(fā)光層、有機空穴傳輸層和半透明復(fù)合陽極；其中，所述絕緣窗口層中間刻蝕有窗口，N型間隔層從所述窗口露出，所述露出部分上還沉積有限光金屬層；所述電子注入層沉積在所述限光金屬層上。本發(fā)明還公開了一種N型注入的紅外至可見光波長上轉(zhuǎn)換裝置的制備方法，其包括:步驟1、在襯底上生長紅外探測器單元的材料結(jié)構(gòu)，然后在紅外探測器單元上生長N型間隔層；步驟2、利用半導(dǎo)體加工工藝制備紅外探測器單元的器件結(jié)構(gòu)；步驟3、在襯底的背面制作陰極層；步驟4、在N型間隔層的頂部制備絕緣窗口層，并在所述絕緣窗口層上刻蝕窗口，所述N型間隔層從所刻蝕的窗口露出；步驟5、對從所述絕緣窗口層的窗口露出的N型間隔層進行表面鈍化；步驟6、在鈍化后的N型間隔層上制備限光金屬層；步驟7、在所述限光金屬層上依次沉積所述有機發(fā)光二極管的各功能層，包括:電子注入層、有機電子傳輸層、有機發(fā)光層和有機空穴傳輸層；步驟8、在有機空穴傳輸層上制備半透明復(fù)合陽極。本發(fā)明的裝置有如下的積極效果和優(yōu)點:I)轉(zhuǎn)換效率高。首先，通過將無機紅外探測器和倒置型OLED耦合的方式，使遷移率高的光生電子注入到OLED中的有機層內(nèi)，抑制了 OLED內(nèi)載流子不平衡的問題。其次，插入的限光金屬層作為反射鏡面提高了入射紅外光在探測單元的吸收效率，并且作為探測器單元和OLED的連接電極，促進了載流子在二者之間的傳輸。再次，探測器制備完畢后，經(jīng)過對N型間隔層的鈍化去除表面懸鍵，降低了暗電流，提高了探測器的探測率。2)轉(zhuǎn)換波長范圍寬。通過改變紅外探測器單元的材料體系或結(jié)構(gòu)，裝置的響應(yīng)波長可以覆蓋近紅外(0.9 2 μ m)到中紅外(3 40 μ m)波段；或者，通過改變OLED的材料選擇，可以根據(jù)要求實現(xiàn)可見光全光譜的輸出。3)材料體系成熟，制備工藝簡單，成本低。通過有機-無機復(fù)合的方式完成紅外光到可見光的直接上轉(zhuǎn)換，減少了傳統(tǒng)紅外成像的復(fù)雜步驟。


圖1為本發(fā)明中N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例中N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的截面示意圖；圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例中N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的等效電路示意圖；圖4為本發(fā)明中N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的制備方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明提出的N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意簡圖。如圖1所示，本發(fā)明提出了一種N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換成像裝置，該裝置由下部的無機紅外探測器和上部的倒置型有機發(fā)光二極管(OLED)串聯(lián)組成，具體來說是將倒置型有機發(fā)光二極管(OLED)外延生長在下部的無機紅外光探測器單元上。所述無機紅外探測器從底部到頂部的結(jié)構(gòu)順序為:陰極層101、襯底層102、紅外探測器單元103、N型間隔層104和絕緣窗口層105。所述倒置型有機發(fā)光二極管(OLED)從底部到頂部的結(jié)構(gòu)順序為:電子注入層301、有機電子傳輸層302、有機發(fā)光層303、有機空穴傳輸層304和半透明復(fù)合陽極305。所述絕緣窗口層105中間刻蝕有窗口，N型間隔層104從所述窗口露出，且在所述N型間隔層露出部分加入了限光金屬層201，202以提高光生電子在二者間的傳輸和提高光的利用效率。從底部到頂部，在所述限光金屬層上依次沉積有所述OLED的各功能層。該裝置的基本工作原理是反向偏置的無機紅外探測器將輸入的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號依次通過N型間隔層104和限光金屬層201、202注入到正向偏置的OLED內(nèi)，驅(qū)動OLED器件發(fā)射可見光，從而實現(xiàn)紅外光到可見光的上轉(zhuǎn)換。所述的紅外探測器單元103根據(jù)所選材料體系和結(jié)構(gòu)的不同，可以具有較寬的響應(yīng)波長，覆蓋從近紅外(0.9 2μπι)到中遠紅外(3 40 μ m)波段；所述紅外探測器單元103的材料體系可以為碲鋅鎘汞系(HgCdZnTe)、鋁鎵銦砷系(AlGaInAs)、銦鎵砷磷系(InGaAsP)、鋁鎵銦磷系(AlGaInP)、銦鎵砷銻系(InGaAsSb)、鋁鎵砷銻系(AlGaAsSb)或硅鍺系(SiGe)中的任意一種。所述紅外探測器單元103的結(jié)構(gòu)可以為PIN光電二極管、異質(zhì)結(jié)光電晶體管、雪崩光電二極管、量子阱紅外探測器、量子級聯(lián)紅外探測器和超晶格紅外探測器之一。來自紅外激光器的紅外線，其入射角度根據(jù)紅外探測器單元103結(jié)構(gòu)的不同可以為:從襯底層102入射、從N型間隔層104入射或從襯底側(cè)面入射。如果所述紅外探測器單元103采用量子阱結(jié)構(gòu)，則襯底層102的一個側(cè)面制成有45°傾角的斜面或者在其表面制作光柵。所述的襯底層102根據(jù)所述紅外探測器單元103結(jié)構(gòu)的不同可以為碲鎘汞、砷化鎵、磷化銦、銻化鎵、砷化銦、硅之一；襯底層102的厚度隨紅外光入射角度的不同而變化，從所述襯底層背面入射時，響應(yīng)波長在近紅外波段(0.9 2 μ m)時襯底層的厚度要求小于500 μ m,響應(yīng)波長在中遠紅外波段(3 40 μ m)時襯底層102厚度為小于100 μ m。所述的N型間隔層104為以下N型半導(dǎo)體材料體系中的任意一種:N型的碲鋅鎘汞系(HgCdZnTe)、鋁鎵銦砷系(AlGaInAs)、銦鎵砷磷系(InGaAsP)、鋁鎵銦磷系(AlGaInP)JB鎵砷銻系(InGaAsSb)、鋁鎵砷銻系(AlGaAsSb)或硅鍺系(SiGe)，厚度為100 200nm。所述的N型間隔層104能將紅外探測器單元103中的光生電子收集并傳輸?shù)缴喜康腛LED單
J Li ο所述的絕緣窗口層105為絕緣鈍化材料，可以為氮化硅、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉿中的任一種，厚度小于200nm。所述的絕緣窗口層105—方面隔絕了 N型間隔層104和陽極的直接接觸，起到絕緣作用；另一方面，絕緣窗口層105上所刻蝕出的窗口決定了發(fā)光區(qū)的形狀和面積，即像素點的大小。所述限光金屬層201、202沉積在絕緣窗口層所露出的窗口內(nèi)，由兩部分構(gòu)成:第一部分201為金屬或合金，如金、銦、鈦、鍺、鎳、鋁之一或其組成的合金，其生長在N型間隔層104之上，保證和N型間隔層104有良好的歐姆接觸，促進電子由N型間隔層到限光金屬層的注入；第二部分202為低功函金屬,可以為鎂、招、鎂銀合金之一,厚度為IOOnm,生長在第一部分201之上，保證和電子注入層301有較好的能級匹配，降低電子由限光金屬層到電子注入層301的注入勢壘。限光金屬層201、202還起到反射鏡面的作用:一方面使未被吸收的紅外線反射回紅外探測器單元103，增加了紅外探測器單元103的紅外光吸收率，提高了響應(yīng)度；另一方面，限光金屬層201、202對OLED單元產(chǎn)生的可見光起到反射的作用，提高了 OLED的出光率。所述的電子注入層301為以下任一種鹽類:氟化鋰、氟化鈉、氯化鈉、氟化銫、氯化銫、氯化銣、碳酸鋰、碳酸銫、磷酸鋰、磷酸銫、醋酸銫醋酸鋰、鈷酸鋰、疊氮化銫、氧化鉛、氧化錳等，厚度為0.5 5nm ;或者電子注入層(301)由任一上述鹽類作為N型摻雜劑與有機材料進行摻雜獲得，厚度為5 20nm，其中所述的有機材料可以為茈四甲酸二酐(PTCDA)、4，7-二苯基-1，10-鄰二氮雜菲(BPhen)、2，9-二 (2-萘基)-4，7-二苯基-1，10-菲啰啉(NBPhen)三羥基喹啉鋁(Alq3)中的任一種。所述有機發(fā)光層303為發(fā)光波長在可見光區(qū)的任意一種有機材料，可以為有機熒光材料或有機磷光材料。所述半透明復(fù)合陽極305為氧化鑰(MoO3)摻雜茈四甲酸二酐(PTCDA)/鋁、富勒烯/鋁、酞箐銅(CuPc)/金、四氧化三鐵(Fe3O4)/銀、氧化鑰(MoO3)/銀、二氧化鈦/金/ 二氧化鈦(Ti02/Au/Ti02)之一，總厚度為10 30nm。其中由電子注入層301、有機電子傳輸層302、有機發(fā)光層303、有機空穴傳輸層304、半透明復(fù)合陽極305構(gòu)成的有機發(fā)光二極管(OLED)的總厚度為100 200nm。圖4示出了本發(fā)明提出的N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的制備方法流程圖。如圖4所示，本發(fā)明還提出了一種N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的具體制備方法，其包括下述步驟:步驟1、利用半導(dǎo)體薄膜外延技術(shù)如分子束外延(MBE)或金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)在襯底102上生長紅外探測器單元103的材料結(jié)構(gòu)；然后在紅外探測器單元103上生長N型間隔層104。步驟2、利用半導(dǎo)體加工工藝制備紅外探測器單元103的器件結(jié)構(gòu)；步驟3、在襯底102的背面制作陰極層101 ；步驟4、在N型間隔層104的頂部制備絕緣窗口層105 ;其具體如下:(I)利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(PECVD)或者原子層沉積系統(tǒng)(ALD)在N型間隔層104頂部沉積以下任意一種材料:氮化硅、二氧化硅、氧化鋁、氧化鉿，厚度小于200nmo(2)通過半導(dǎo)體加工工藝，制備面積為0.01 Imm2的窗口，露出部分是N型間隔層 104。
步驟5、對從所述絕緣窗口層105的窗口所露出的N型間隔層104進行表面鈍化，其鈍化方法可以為以下任一種:(I)高溫煅燒去掉N型間隔層104的表面自氧化層；(2)對N型間隔層104的表面進行濕法或干法硫鈍化；步驟6、在N型間隔層104上使用真空蒸鍍設(shè)備制備限光金屬層。步驟7、使用真空蒸鍍或者旋涂設(shè)備在限光金屬層上沉積所述有機發(fā)光二極管(OLED)的各功能層；步驟8、在有機空穴傳輸層304上通過真空蒸鍍設(shè)備制備半透明復(fù)合陽極305。實施例1圖2示出了本發(fā)明一優(yōu)選實施例中所述N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置的截面示意圖，其中的無機紅外探測器單元基于GaAs/InGaAs多量子阱結(jié)構(gòu)。該N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換成像裝置能實現(xiàn)0.98 μ m到0.54 μ m波長的上轉(zhuǎn)換，其制備方法如下:步驟1、利用分子束外延系統(tǒng)在P型GaAs襯底402上外延生長紅外探測器單元，具體如下:I)在P型GaAs襯底402上外延生長P型GaAs緩沖層403，厚度為200nm，P型摻雜濃度為3 X IO18cnT3 ；2)在P型GaAs緩沖層403上外延生長本征GaAs層404，厚度為5nm ；3)在所述GaAs緩沖層404上外延生長60個周期的GaAsAna2Gaa8As多量子阱光吸收層405,其中每個周期內(nèi)魚層GaAs厚20nm,講層Ina2Gaa8As厚8nm,講層厚度、魚層厚度和周期數(shù)的選擇既要考慮晶格匹配又要最大限度的提高紅外線的吸收效率；4)然后外延生長Ina2Gaa8As帽蓋講層406,厚度為8nm ；5)之后外延生長GaAs帽蓋壘層407，厚度為8nm ；步驟2、在生長好的紅外探測器單元上外延生長N型GaAs隔離層408，厚度為200nm, N型摻雜濃度為5X 1018cm_3。步驟3、制備用于生長有機發(fā)光二極管的圖形窗口，具體如下:I)利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(PECVD)在N型GaAs隔離層408頂部沉積氮化硅層作為絕緣層，厚度為200nm ；2)通過光刻和刻蝕工藝，制得所需窗口，尺寸為ImmX 1mm，露出部分為N型GaAs隔尚層408。步驟4、在GaAs襯底402的背面依次熱蒸渡Au (80nm)、Zn (50nm)、和Au (80nm),在氮氣保護下400°C快速熱退火20秒，形成較好的陰極層401。步驟5、對N型GaAs隔離層進行表面硫鈍化，具體如下:I)將經(jīng)過上述步驟后的紅外探測器浸入稀鹽酸中l(wèi)min，取出后用去離子水沖洗2min ； 2)將含硫8 %的硫化銨溶液和硫化鈉的飽和叔丁醇溶液按照體積比1: 5配制成鈍化液；3)將探測單元浸泡在鈍化液中，50攝氏度水浴2分鐘，取出后用去離子水沖洗2min,用氮氣吹干。
步驟5、將鈍化后的紅外探測器轉(zhuǎn)移到有機分子束沉積系統(tǒng)內(nèi)，圖形掩膜情況下，依次生長In(IOOnm)、Al (IOOnm)分別作為限光金屬層501、502。步驟6、在有機分子束沉積系統(tǒng)內(nèi)依次真空蒸鍍OLED的各功能層，各功能層的具體參數(shù)如下:I)電子注入層601為氟化鋰材料(LiF)，厚度為Inm ；2)有機電子傳輸層602為Alq3,厚度為30nm ；3)有機發(fā)光層603為C545T摻雜Alq3，厚度為30nm，C545T的摻雜體積分數(shù)為0.75% ；4)有機空穴傳輸層604為NPB，厚度為75nm ；5)半透明復(fù)合陽極605為氧化鑰(MoO3)摻雜茈四甲酸二酐(PTCDA)/鋁，氧化鑰(MoO3)摻雜茈四甲酸二酐(PTCDA)的厚度為5nm，MoO3的摻雜體積分數(shù)為30%，鋁的厚度為20nmo圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例中N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換成像裝置的的等效電路示意圖。如圖3所示，其中由401 409層組成的紅外探測器單元等效為一個反向偏置的二極管，由601 605層組成的OLED單元等效為一個正向偏置的二極管，二者通過限光金屬層501、502串聯(lián)在一起。其基本工作過程如下:0.98 μ m的紅外光從襯底402入射，被GaAs/In0 2Ga0 8As多量子講光吸收層405吸收后產(chǎn)生光生電子和空穴,其中光生電子在反向偏壓下遷移通過N型GaAs隔離層和限光金屬層501、502注入到正向偏置的OLED單元，與來自陽極605的空穴在有機發(fā)光層內(nèi)復(fù)合，發(fā)出0.54 μ m的綠光，從而實現(xiàn)0.98 μ m紅外光至0.54 μ m綠光的波長上轉(zhuǎn)換。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種N型注入的紅外至可見光波長上轉(zhuǎn)換裝置，構(gòu)成所述裝置的器件由下部的無機紅外光探測器和上部的倒置型有機發(fā)光二極管串聯(lián)組成； 所述無機紅外光探測器從底部到頂部的結(jié)構(gòu)順序為:陰極層、襯底層、紅外探測器單元、N型間隔層和絕緣窗口層； 所述倒置型有機發(fā)光二極管從底部到頂部的結(jié)構(gòu)順序為:電子注入層、有機電子傳輸層、有機發(fā)光層、有機空穴傳輸層和半透明復(fù)合陽極； 其中，所述絕緣窗口層中間刻蝕有窗口，N型間隔層從所述窗口露出，所述露出部分上還沉積有限光金屬層；所述電子注入層沉積在所述限光金屬層上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置的基本工作原理是紅外探測器單元將輸入的紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號依次通過N型間隔層和限光金屬層注入到所述倒置型有機發(fā)光二極管內(nèi)，并驅(qū)動所述倒置型有機發(fā)光二極管發(fā)生可見光，完成紅外光到可見光的上轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述紅外探測器單元的材料體系碲鋅鎘汞系、鋁鎵銦砷系、銦鎵砷磷系、鋁鎵銦磷系、銦鎵砷銻系、鋁鎵砷銻系或硅鍺系中的任意一種，其結(jié)構(gòu)為PIN光電二極管、異質(zhì)結(jié)光電晶體管、雪崩光電二極管、量子阱紅外探測器、量子級聯(lián)紅外探測器和超晶格紅外探測器之一。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述入射至紅外探測器單元的紅外光的入射角度根據(jù)所述紅外探測器單元結(jié)構(gòu)的不同而不同，具體為從襯底層入射、從N型間隔層入射或從襯底側(cè)面入射之一。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述限光金屬層分為兩部分，第一部分為金屬或合金，其生長在N型間隔層上，第二部分為低功函金屬，其生長在第一部分之上；所述電子注入層沉積在所述第二部分上。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述襯底的厚度隨紅外光入射角度的不同而變化，其中從背面入射時，且響應(yīng)波長在近紅外波段時，襯底層的厚度小于500 μ m ;而響應(yīng)波長在中遠紅外波段時，襯底層厚度小于100 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，N型間隔層為N型半導(dǎo)體材料，具體為以下材料中的任一種:N型的碲鋅鎘汞系、鋁鎵銦砷系、銦鎵砷磷系、鋁鎵銦磷系、銦鎵砷銻系、鋁鎵砷銻系、硅鍺系，其厚度為100 200nm。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的絕緣窗口層為絕緣鈍化材料，具體為以下材料中的任一種:氮化硅，二氧化硅，氧化鋁，氧化鉿，厚度小于200nm。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電子注入層為以下任一種鹽類:氟化鋰、氟化鈉、氯化鈉、氟化銫、氯化銫、氯化銣、碳酸鋰、碳酸銫、磷酸鋰、磷酸銫、醋酸銫、醋酸鋰、鈷酸鋰、疊氮化銫、氧化鉛、氧化錳，厚度為0.5 5nm ;或者電子注入層由任一上述鹽類作為N型摻雜劑與有機材料進行摻雜獲得，厚度為5 20nm，其中所述有機材料為茈四甲酸二酐、4，7- 二苯基-1，10-鄰二氮雜菲、2，9- 二(2-萘基)-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉和三羥基喹啉鋁中的任意一種。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述有機發(fā)光層為發(fā)光波長在可見光譜內(nèi)的任意一種有機材料。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述半透明復(fù)合陽極為氧化鑰摻雜茈四甲酸二酐/鋁、富勒烯/鋁、酞箐銅/金、四氧化三鐵/銀、氧化鑰/銀、二氧化鈦/金/ 二氧化鈦之一，總厚度為10 30nm。
12.—種N型注入的紅外至可見光波長上轉(zhuǎn)換裝置的制備方法，其包括: 步驟1、在襯底上生長紅外探測器單元的材料結(jié)構(gòu)，然后在紅外探測器單元上生長N型間隔層； 步驟2、利用半導(dǎo)體加工工藝制備紅外探測器單元的器件結(jié)構(gòu)； 步驟3、在襯底的背面制作陰極層； 步驟4、在N型間隔層的頂部制備絕緣窗口層，并在所述絕緣窗口層上刻蝕窗口，所述N型間隔層從所刻蝕的窗口露出； 步驟5、對從所述絕緣窗口層的窗口露出的N型間隔層進行表面鈍化； 步驟6、在鈍化后的N型間隔層上制備限光金屬層； 步驟7、在所述限光金屬層上依次沉積所述有機發(fā)光二極管的各功能層，包括:電子注入層、有機電子傳輸層、有機發(fā)光層和有機空穴傳輸層； 步驟8、在有機空穴傳輸層上制備半透明復(fù)合陽極。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟4具體包括: 1)利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)或者原子層沉積系統(tǒng)在N型間隔層頂部沉積以下任意一種材料:氮化硅、二氧化硅、氧化鋁或氧化鉿，厚度小于200nm ； 2)通過半導(dǎo)體加工工藝，制備出面積在0.01 Imm2范圍內(nèi)的窗口，露出部分是N型間隔層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟5中N型間隔層的表面鈍化方法為以下任一種: 1)高溫煅燒除去掉N型間隔層的表面自氧化層； 2)對N型間隔層的表面進行濕法或干法硫鈍化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換裝置及其制備方法，具體說來是將一個倒置型有機發(fā)光二極管(OLED)外延生長在下部的無機紅外光探測器單元上。該裝置的工作原理是反向偏置的紅外探測器單元將輸入的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號，光生電子依次通過N型間隔層和限光金屬層注入到正向偏置的OLED內(nèi)，驅(qū)動OLED器件發(fā)射可見光，從而實現(xiàn)紅外光到可見光的上轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提到的N型注入的紅外至可見波長上轉(zhuǎn)換成像裝置具有轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)換波長范圍廣、制備工藝簡單、成本低等特點。本發(fā)明可用于紅外夜視，醫(yī)學(xué)檢測，工業(yè)探傷等領(lǐng)域。
文檔編號H01L31/18GK103165727SQ20131008401
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者楚新波, 關(guān)敏, 曾一平, 王寶強, 朱戰(zhàn)平 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所