電致發光有機晶體管的制作方法
【專利摘要】本發明涉及場效應電致發光雙極性有機晶體管（1），其中有兩對控制電極（15-18）、與源極（11）和漏極（12）電極直接接觸的一層雙極性有機半導體（10）以及兩個單獨的介電層（13、14），并且其中所述介電層（13、14）中每個都布置在雙極性有機半導體層（10）和一對控制電極（15-18）之間。
【專利說明】電致發光有機晶體管
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電致發光有機晶體管。
【背景技術】
[0002]在有機電子產品領域中，有機發光二極管(OLED)已經被廣泛地研究，并且為了獲得基于它們的裝置，許多結構實施例已經被開發出來了。
[0003]申請JP2003100457公開了適于用作二極管的一些半導體結構，其中附加的控制電極可以關于裝置的襯底(即，關于多層半導體結構)垂直地定位，以便改善電荷的注入與傳輸。首先，從制造的角度看，很顯然JP2003100457的多電極結構受限于它們的復雜性。
[0004]在SignificantResearch Achievements of Academia Sinica第96卷(2007年)第 13-16 頁由 Huang 等人發表的標題為“Materials for high performance single layerOLED device”的科技出版物公開了用單個雙極層代替三層半導體結構的可能性，但是它并未提及如何克服JP2003100457的結構由于跨有機層厚度的垂直電荷傳輸造成的性能限制。
[0005]從US2009/0212281知道了一種有機半導體晶體管，其包括用于電子和空穴傳輸的雙極性有機半導體層、用于把空穴注入半導體層的電極、離第一電極有一定距離的用于把電子注入半導體層的電極，及通過絕緣層與有機半導體層分開的兩個控制電極。關于所述控制電極，一個與用于電子注入的電極附近的有機半導體層的區域相對，而另一個與用于空穴注入的電極附近的有機半導體層的區域相對。
[0006]在US2009/0212281所公開的裝置中，電荷累積、電荷傳輸和電荷輻射復合與雙極性有機半導體的單一界面對應地出現，尤其是它們出現在有機半導體層與介電層之間的界面處。該已知裝置的這種固有特征使其中形成光的半導體層的厚度局限于幾個分子的層，由此限制裝置所產生的光的強度。
[0007]此外，該已知裝置的本征特性造成激子顯著的淬滅現象，這是由于所述激子與晶體管通道中自由電荷之間的相互作用導致的，并因此限制了裝置的亮度和效率。
[0008]從申請W02010/049871知道一種場效應晶體管，其包括兩個介電層、兩個控制電極或柵極以及包括源極電極或源極、漏極電極或漏極及與所述源極和漏極接觸的有機半導體的組件。這種組件布置在所述兩個介電層之間，每個介電層布置在所述組件和一個控制電極之間。公開了包括這種晶體管的發光晶體管，其中所述有機半導體是具有雙極性屬性的電致發光半導體有機層。
[0009]在根據申請W02010/049871的發光晶體管中，電荷傳輸既發生在有機半導體層和第一介電層之間的界面上，又發生在有機半導體層和第二介電層之間的界面上。在實踐當中，這兩個界面具有非常不同的電荷傳輸屬性，因為與這兩個界面對應的半導體層的分子次序是非常不同的。
[0010]只存在兩個控制電極，一個在半導體層上面，一個在半導體層下面，限制了這種裝置中電荷平衡控制的可能性，而這是獲得高亮度和發光效率的本質因素。
【發明內容】
[0011]因此，本發明的目的是提供一種關于現有技術的缺陷作出改進的電致發光有機晶體管。所述目的是利用其主要特征在第一個權利要求中給出而其它特征在其余權利要求中給出的電致發光有機晶體管實現的。
[0012]根據本發明的電致發光有機晶體管的第一個優點在于，利用電荷的輻射復合及激子通過有機半導體層整個厚度的產生，它允許橫向電場關于有機半導體層的平面生成的事實。因此，實現了激子淬滅現象的衰減，其中在具有單個半導體層的所有裝置中存在的所述現象是由于與自由電荷的相互作用造成的，并且來自于在有機半導體層和介電層之間的界面累積的電荷與在相同界面附近生成的激子之間的空間重疊。
[0013]根據本發明的電致發光有機晶體管的另一個優點在于它允許最大化有機半導體層中的電流密度、電荷累積并因此允許最大化光強度的事實。
[0014]最后，根據本發明的有機晶體管允許裝置中電荷平衡的優化。事實上，由于裝置每一側上存在兩個控制電極，它允許有效地采用有機半導體層兩個界面上的電荷傳輸并且通過對控制電極電位的適當調制來平衡有機半導體層中電荷移動性的差異。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]參考附圖，從以下對其實施例的具體且非限制性描述，根據本發明的裝置的進一步的優點和特征將對本領域技術人員變得顯然，在附圖中:
[0016]圖1示出了根據本發明的電致發光有機晶體管的示意性截面圖。
[0017]附圖的特征不是按比例繪制的，而是它們的尺寸為了增加圖的清晰度而被放大或縮小。
【具體實施方式】
[0018]參考圖1，示出了根據本發明的電致發光有機晶體管I包括至少一個有機雙極性半導體層10，該半導體層10適于第一種類型的電荷(例如電子)和第二種類型的電荷(例如空穴)的傳輸與輻射復合。
[0019]與所述有機雙極性半導體層10接觸地布置了適于所述第一種類型的電荷(例如電子)注入的源極電極11及適于所述第二種類型的電荷(例如空穴)注入的漏極電極12。
[0020]由所述有機雙極性半導體層10及與所述層10接觸的所述源極電極11和漏極12形成的組布置在兩層介電材料13和14之間。
[0021 ] 根據本發明的電致發光有機晶體管I還包括第一控制電極15和第二控制電極16，使得所述第一層介電材料13位于所述有機半導體層10與所述第一和第二控制電極15和16之間。
[0022]根據本發明的電致發光有機晶體管I還包括第三控制電極17和第四控制電極18，使得所述第二層介電材料14位于所述有機半導體層10與所述第三和第四控制電極17和18之間。
[0023]源極電極11和漏極電極12分別定位成定義關于有機雙極性半導體層10平行的平面(即，定義關于最終裝置的多層結構的堆疊方向垂直的平面)，以便允許利用與有機雙極性半導體層10與介電層13和14之間的界面對應的場效應電荷傳輸。
[0024]根據本發明的一種實施例，所述源極電極11和所述漏極電極12在有機半導體層10的同一側上，并且換句話說它們都與所述第一層介電材料13或者與所述第二層介電材料14接觸。
[0025]這些源極和漏極電極11和12可以布置在所述半導體材料層10基本上平的表面上。另選地，這些源極和漏極電極11和12可以每個都布置在所述半導體材料層10的合適凹口中。
[0026]在本發明的其它實施例中，這些電極可以嵌入到有機半導體材料10中，或者可以具有與這層半導體材料10相同的厚度并且“蓋住”所述層的側面。
[0027]優選地，在根據本發明的電致發光有機晶體管中，所述源極電極11和所述漏極電極12與所述半導體材料層10共面，或者所述電極11和12都位于與所述半導體材料層10所處的平面平行的平面上。
[0028]所述有機半導體層10可以由已知適于電致發光有機裝置中電荷的雙極性傳輸的任何合適材料制成。例如，適于在本發明所述結構中使用的是四苯晶體(oligoacenes)、低聚噻吩(oligothiophenes)、寡聚荷(oligofIuorenes)> 低聚噻吩的嘧啶衍生物、低聚噻吩的羰基衍生物、在α-和ω-位置用烷基鏈和全氟鏈不對稱代替的四噻吩(tetrathiophenes)、具有噻唑核的低聚噻吩、聚芴的共聚物、聚(對亞苯基-亞乙烯基)(poly (p-phenylene-vinylene))的衍生物、聚(9，二辛基荷)(poly (9, 9-dioctylf luorene))的衍生物、聚(9, 9- 二辛基荷-苯并噻)(poly (9, 9-dioctylfluorene-benzothiadiazole))的衍生物。優選地，在所述材料中，形成半導體材料層的材料可以選自低聚噻吩的羰基衍生物、芴的衍生物和聚(對亞苯基-亞乙烯基)的衍生物。
[0029]本發明所描述的解決方案中的半導體層的厚度必須在IOnm和150nm之間。在其特別優選的實施例中，所述厚度在40nm和IOOnm之間。
[0030]氧化銦錫(ΙΤ0)、金、銅、銀、招、鈣、鎂、鉻、鐵和與聚(苯乙烯磺酸)(poly (styrenesulfonate))結合的聚乙撐二氧噻吩(poly (3，4~ethyIenedioxythiophene))(PED0T:PSS)可以用作所述源極電極11的材料。優選地，選擇可以在鋁、鈣、鎂或金之間作出。
`[0031]作為用于所述漏極電極12的材料，可以使用氧化銦錫(ΙΤ0)、金、銅、銀、鋁、鈣、鎂、鉻、鐵和與聚(苯乙烯磺酸)(poly (styrenesulfonate))結合的聚乙撐二氧噻吩(poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) )(PEDOT:PSS)?在一種特別優選的實施例，為此可以使用金或氧化銦錫(ITO)。
[0032]第一介電層13和第二介電層14的材料可以從用于電致發光有機晶體管的常規介電材料中選擇。特別地，可以使用二氧化娃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)(PMMA)、氧化鋅、氧化招、二氧化錯、二氧化鉿、含氟聚合物(fluoropolymer),諸如像商用產品 Cytop?、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol) (PVA)和聚苯乙烯(polystyrene) (PS)0 優選地，所述層13包括二氧化鋯和聚甲基丙烯酸甲酯的兩層，而所述層14包括聚甲基丙烯酸甲酯或者Cytop?。一般而言，所述介電層的厚度依賴于選定的具體材料:僅僅是作為例子，在由二氧化鋯和聚甲基丙烯酸甲酯制成的情況下，所述層13中二氧化鋯層具有100和250nm之間的厚度，而聚甲基丙烯酸甲酯層具有50和200nm之間的厚度；對于所述層14，聚甲基丙烯酸甲酯或者Cytop?層具有350和500nm之間的厚度。
[0033]第一控制電極15和第二控制電極16的材料可以選自氧化銦錫(ΙΤ0)、金、銅、銀、鋁。特別地，可以優選地使用氧化銦錫和/或金。
[0034]第三控制電極17和第四控制電極18的材料可以選自氧化銦錫(ΙΤ0)、金、銅、銀、鋁。特別地，可以優選地使用氧化銦錫和/或金。
[0035]在仍屬于以下權利要求范圍的同時，可以由本領域技術人員對以上公開和說明的實施例進行可能的修改和/或添加。
【權利要求】
1.一種電致發光有機晶體管,包括: -至少一個雙極性有機半導體層，適于第一種類型的電荷和第二種類型的電荷的傳輸和輻射復合； -源極電極，適于注入所述第一種類型的電荷； -漏極電極，適于注入所述第二種類型的電荷； -所述源極電極和所述漏極電極與所述雙極性有機半導體層接觸； -第一和第二控制電極； -第一介電材料層，位于所述雙極性有機半導體層與所述第一和第二控制電極之間； 其特征在于所述電致發光有機晶體管包括: -第三和第四控制電極；以及 -第二介電材料層，位于所述雙極性有機半導體層與所述第三和第四控制電極之間；并且其特征還在于所述源極電極和所述漏極電極都位于與所述雙極性有機半導體層所處平面基本上平行的平面上。
2.如權利要求1所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述源極電極和所述漏極電極都與所述第一介電材料層或者與所述第二介電材料層接觸。
3.如權利要求1所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述雙極性有機半導體層的厚度在IOnm與150nm之間。
4.如權利要求3所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述雙極性有機半導體層的厚度在40nm與IOOnm之間。
5.如權利要求1所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述雙極性有機半導體選自包括以下材料的組:四苯晶體、低聚噻吩、寡聚芴、低聚噻吩的嘧啶衍生物、低聚噻吩的羰基衍生物、在α和ω位置用烷基和全氟鏈不對稱代替的四噻吩、具有噻唑核的低聚噻吩、聚芴的共聚物、聚(對亞苯基-亞乙烯基)的衍生物、聚(9，9-二辛基芴)的衍生物及聚(9，9- 二辛基芴-苯并噻)的衍生物。
6.如權利要求5所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述雙極性有機半導體選自包括以下材料的組:低聚噻吩的羰基衍生物、芴的衍生物和聚(對亞苯基-亞乙烯基)的衍生物。
7.如權利要求1所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述漏極和源極電極是由以下材料形成的，所述材料選自包括以下材料的組:氧化銦錫(ΙΤΟ)、金、銅、銀、鋁、鈣、鎂、鉻、鐵和與聚(苯乙烯磺酸)結合的聚乙撐二氧噻吩(PEDOT:PSS)。
8.如權利要求1所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述控制電極是由選自包括氧化銦錫(ITO)、金、銅、銀和鋁的組中的至少一種材料構成的。
9.如權利要求1所述的電致發光有機晶體管，其特征在于所述第一和第二介電材料層是由以下材料形成的，所述材料選自包括以下材料的組:二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化鋅、氧化鋁、二氧化鋯、二氧化鉿、含氟聚合物、聚乙烯醇(PVA)和聚苯乙烯(PS)。
【文檔編號】H01L51/52GK103718327SQ201280038021
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月26日 優先權日:2011年7月29日
【發明者】M·默西尼, R·卡佩立, S·托法尼 申請人:E.T.C.有限責任公司