一種高亮度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，具體涉及一種使用不對(duì)稱源漏 電極的平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，屬于有機(jī)固體電子器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機(jī)光電子器件由于材料來(lái)源廣泛、可低溫加工、與柔性襯底兼容、以及成本低 等優(yōu)點(diǎn)受到了研究人員的廣泛重視，從而使得有機(jī)發(fā)光二級(jí)管（organiclight-emitting diodes,OLEDs)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（organicfield-effecttransistors,OFETs)、有機(jī) 太陽(yáng)能電池（organicphotovoltaic,OPVs)、有機(jī)存儲(chǔ)器（organicmemories)、傳感器 (sensors)等有機(jī)光電子器件的性能得到迅猛的發(fā)展。近年來(lái)，一類新型的有機(jī)光電子器 件--有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OLETs)--同時(shí)集成了OFETs的開(kāi)關(guān)和OLEDs的發(fā)光功能， 在光通訊領(lǐng)域、平板顯示、固體照明以及激光領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。
[0003] 有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)光原理可簡(jiǎn)述為：在柵壓和源漏電壓的作用下，空穴 和電子分別從源極和漏極注入到有機(jī)發(fā)光材料中，在發(fā)光材料中擴(kuò)散的載流子相遇形成激 子。隨后，形成的激子一部分發(fā)生復(fù)合，在器件的溝道內(nèi)輻射發(fā)光。
[0004] 有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括單極型有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極型有機(jī)發(fā)光場(chǎng) 效應(yīng)晶體管，其中單極型發(fā)光晶體管缺陷在于載流子注入不平衡，發(fā)光效率低下。雙極型發(fā) 光晶體的溝道可以同時(shí)傳輸空穴和電子，其發(fā)光效率遠(yuǎn)高于單極型發(fā)光晶體管。雙極型有 機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括雙極型材料有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管和異質(zhì)結(jié)型有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng) 晶體管兩種類型。雙極型材料是指該材料既是N型材料又是P型材料，用其制備的有機(jī)發(fā) 光場(chǎng)效應(yīng)晶體管以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受關(guān)注，雙極型材料有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效 應(yīng)晶體管可以實(shí)現(xiàn)雙極性傳輸，即可以通過(guò)調(diào)節(jié)柵電壓和源漏電壓來(lái)控制空穴和電子在溝 道中的傳輸，空穴和電子在溝道中相遇復(fù)合形成激子而發(fā)光。然而，目前所報(bào)道的雙極型材 料有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管只能在鈍性氣體或真空中工作，這大大的限制了它的實(shí)際應(yīng)用。
[0005]PN異質(zhì)結(jié)發(fā)光晶體管的有機(jī)層是由一種N型材料和一種P型材料進(jìn)行復(fù)合形成 的，可以實(shí)現(xiàn)電子和空穴同時(shí)在溝道內(nèi)傳播。根據(jù)復(fù)合的方式其結(jié)構(gòu)可以分為體異質(zhì)結(jié)和 層異質(zhì)結(jié)兩種，體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的有機(jī)層是同時(shí)混合蒸鍍N型和P型材料，到目前為止，對(duì)體 異質(zhì)結(jié)的相關(guān)報(bào)道比較少，這主要是因?yàn)轶w異質(zhì)結(jié)性能一般較差。層異質(zhì)結(jié)的有機(jī)層是分 別蒸鍍一層N型和一層P型材料。然而上述異質(zhì)結(jié)的材料一般在空氣中都不穩(wěn)定，受到材 料的限制有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管只能在惰性氣體或真空中工作。
[0006]目前所報(bào)道的文獻(xiàn)中，有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏電極一般采用同種材料，例 如Weise等人關(guān)于 "Light-EmittingField-EffectTransistorBasedonaTetracene ThinFilm"一文中的論述（HeppA,HeilH,ffeiseff,etal.Light-EmittingField-Effect TransistorBasedonaTetraceneThinFilm,Phys.Rev.Lett, 2003,91:157406)。源 漏電極使用同種材料導(dǎo)致電子和空穴兩者中只能有一者能實(shí)現(xiàn)良好的注入，導(dǎo)致兩種載 流子的注入和傳輸不平衡，電子空穴在溝道中無(wú)法充分地相遇、復(fù)合，從而降低了器件 的發(fā)光效率。為了解決載流子注入不平衡的問(wèn)題，有文獻(xiàn)報(bào)道使用激光蝕刻制備不對(duì)稱 電極，如TaishiTakenobu.等人在"CnfinementStructureandEurrent-Coxtremely HighCurrentDensityinOrganicLight-EmittingTransistors" 在一文只用激光 蝕刻方法制備不對(duì)稱電極（KosukeSawabe，MasakiImakawa，MasakiNakano,Takeshi Yamao,ShuHotta，YoshihiroIwasa,andTaishiTakenobu.CnfinementStructureand Eurrent-CoxtremelyHighCurrentDensityinOrganicLight-EmittingTransistors. Adv.Mater. 2012, 24, 6141 - 6146.h傾斜蒸鍍也是一種不對(duì)稱電極制備方法，如Alan J.Heeger等人在"Lightemissionfromanambipolarsemiconductingpolymer field-effecttransistor"一文中已經(jīng)使用該方法（JamesS.Swensen,CesareSoci,Alan J.Heeger.Lightemissionfromanambipolarsemiconductingpolymerfield-effect transistor.APPLIEDPHYSICSLETTERS87, 2535112005.)。使用上述方法制備不對(duì)稱電極 以實(shí)現(xiàn)電子和空穴的平衡注入，但是上述不對(duì)稱電極的制備方法需要控制條件較多，工藝 較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：
[0008] 為了解決上述機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管不穩(wěn)定，本發(fā)明發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有機(jī)半導(dǎo) 體層使用PN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該P(yáng)N異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)在空氣中性能穩(wěn)定的空穴傳輸層隔絕了對(duì)空氣 敏感的電子傳輸層與空氣的接觸，使器件可以在空氣中進(jìn)行正常的工作。同時(shí)本發(fā)明使用 不對(duì)稱掩膜板，采用普通的真空蒸鍍的方法制備不對(duì)稱電極，能夠有效地簡(jiǎn)化工藝。
[0009] 技術(shù)方案：一種高亮度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述晶體管的結(jié)構(gòu)由上 而下依次是：分別使用高功函數(shù)金屬和低功函數(shù)金屬的不對(duì)稱源漏電極、有機(jī)半導(dǎo)體層、 絕緣層、硅襯底，所述有機(jī)半導(dǎo)體層包括空穴傳輸層、電子傳輸層；所述電子傳輸層材料為 N-材料，空穴傳輸層材料為P-材料，空穴傳輸層與電子傳輸層搭配組成PN結(jié)。器件結(jié)構(gòu)圖 示意圖如圖1所示。所述的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選所述高功函數(shù)金屬電極為銀、鋰、 鈣或鎂電極，所述低功函數(shù)金屬電極為銅或金電極。
[0010] 所述的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選所述空穴傳輸層材料選自并五苯、DH4T、DH6T 中任一。
[0011] 所述的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選所述電子傳輸層材料為P13。
[0012] -種高亮度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括如下步驟：S1.基 片的處理，包括基片的清洗，絕緣層的制備與修飾；
[0013] S2.有機(jī)半導(dǎo)體層的蒸鍍，其中，N型電子傳輸材料首先蒸鍍，其后蒸鍍P型空穴傳 輸材料；
[0014] S3.蒸鍍電極，首先使用不對(duì)稱掩膜板蒸鍍一邊的電極，隨后，更換掩膜板，使用另 一種金屬蒸鍍另一邊電極。
[0015] 上述電子傳輸材與空穴傳輸材料蒸鍍成PN結(jié)，電子傳輸材料處于PN結(jié)下層，空穴 傳輸材料處于PN結(jié)上層。
[0016] 進(jìn)一步，所述的高亮度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，步驟S1.中 具體操作為：依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲8-12min清洗，清洗干凈之后，用氮?dú)鈱⒒?表面水分吹干；隨后，放入溫度為100-130 °C的烘箱中烘干；最后旋涂有機(jī)絕緣層，隨后在 80-100°C的烘箱中烘干。
[0017] 進(jìn)一步，所述的高亮度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，步驟S2.中 電子傳輸材料蒸鍍厚度控制為15_30nm，蒸鍍速率控制在0.2-0.4A/S;空穴傳輸材料蒸鍍厚 度控制為20-30nm，蒸鍍速率控制在0.5-0.7A/S。
[0018] 進(jìn)一步，所述的尚殼度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法：步驟S3.的 具體操作如下：P型空穴傳輸材料層上覆蓋不對(duì)稱電極掩膜板，蒸鍍高功函數(shù)金屬，保持蒸 鍍速率穩(wěn)定，蒸鍍腔內(nèi)氣壓保持負(fù)壓；更換不對(duì)稱電極掩膜板，蒸鍍低功函數(shù)金屬，保持穩(wěn) 定的蒸鍍速率，蒸鍍腔內(nèi)氣壓保持負(fù)壓。
[0019] 進(jìn)一步，所述的高亮度多色彩的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，步驟S3.中 電極的蒸鍍厚度為15_40nm。
[0020] 進(jìn)一步，所述的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法中，所述蒸鍍空穴傳輸層材料 選自并五苯、DH4T、DH6T中任一。
[0021] 進(jìn)一步，所述的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法中，所述蒸鍍電子傳輸層材料 為P13〇
[0022] 上述有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)光位置為半導(dǎo)體層的溝道內(nèi)或源漏電極周圍。在 制備過(guò)程中改變電極的金屬種類，以實(shí)現(xiàn)不同色彩的光發(fā)射。本發(fā)明的半導(dǎo)體層采用PN結(jié) 層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在蒸鍍過(guò)程中首先蒸鍍n-材料，其后蒸鍍p-材料，使用穩(wěn)定的p-材料隔絕 空氣與對(duì)空氣敏感的n-材料的接觸，保證器件對(duì)空氣的穩(wěn)定性。使用不對(duì)稱掩膜板，使用 普通的真空蒸鍍方式，蒸鍍不對(duì)稱電極，源漏電極分別采用高功函數(shù)和低功函數(shù)金屬，可以 同時(shí)實(shí)現(xiàn)電子和空穴的良好注入，從而可以得到高性能高亮度的有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0023] 有益效果：
[0024] 本發(fā)明采用不對(duì)稱電極，源漏電極分別采用高功函數(shù)和低功函數(shù)金屬，可以同時(shí) 實(shí)現(xiàn)電子和空穴的良好注入，有效地改善電子空穴的注入，增加電子空穴的相遇、復(fù)合幾 率，從而可以