电致发光有机晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及场效应电致发光双极性有机晶体管（1），其中有两对控制电极（15-18）、与源极（11）和漏极（12）电极直接接触的一层双极性有机半导体（10）以及两个单独的介电层（13、14），并且其中所述介电层（13、14）中每个都布置在双极性有机半导体层（10）和一对控制电极（15-18）之间。
【专利说明】电致发光有机晶体管
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电致发光有机晶体管。
【背景技术】
[0002]在有机电子产品领域中，有机发光二极管(OLED)已经被广泛地研究，并且为了获得基于它们的装置，许多结构实施例已经被开发出来了。
[0003]申请JP2003100457公开了适于用作二极管的一些半导体结构，其中附加的控制电极可以关于装置的衬底(即，关于多层半导体结构)垂直地定位，以便改善电荷的注入与传输。首先，从制造的角度看，很显然JP2003100457的多电极结构受限于它们的复杂性。
[0004]在SignificantResearch Achievements of Academia Sinica第96卷(2007年)第 13-16 页由 Huang 等人发表的标题为“Materials for high performance single layerOLED device”的科技出版物公开了用单个双极层代替三层半导体结构的可能性，但是它并未提及如何克服JP2003100457的结构由于跨有机层厚度的垂直电荷传输造成的性能限制。
[0005]从US2009/0212281知道了一种有机半导体晶体管，其包括用于电子和空穴传输的双极性有机半导体层、用于把空穴注入半导体层的电极、离第一电极有一定距离的用于把电子注入半导体层的电极，及通过绝缘层与有机半导体层分开的两个控制电极。关于所述控制电极，一个与用于电子注入的电极附近的有机半导体层的区域相对，而另一个与用于空穴注入的电极附近的有机半导体层的区域相对。
[0006]在US2009/0212281所公开的装置中，电荷累积、电荷传输和电荷辐射复合与双极性有机半导体的单一界面对应地出现，尤其是它们出现在有机半导体层与介电层之间的界面处。该已知装置的这种固有特征使其中形成光的半导体层的厚度局限于几个分子的层，由此限制装置所产生的光的强度。
[0007]此外，该已知装置的本征特性造成激子显著的淬灭现象，这是由于所述激子与晶体管通道中自由电荷之间的相互作用导致的，并因此限制了装置的亮度和效率。
[0008]从申请W02010/049871知道一种场效应晶体管，其包括两个介电层、两个控制电极或栅极以及包括源极电极或源极、漏极电极或漏极及与所述源极和漏极接触的有机半导体的组件。这种组件布置在所述两个介电层之间，每个介电层布置在所述组件和一个控制电极之间。公开了包括这种晶体管的发光晶体管，其中所述有机半导体是具有双极性属性的电致发光半导体有机层。
[0009]在根据申请W02010/049871的发光晶体管中，电荷传输既发生在有机半导体层和第一介电层之间的界面上，又发生在有机半导体层和第二介电层之间的界面上。在实践当中，这两个界面具有非常不同的电荷传输属性，因为与这两个界面对应的半导体层的分子次序是非常不同的。
[0010]只存在两个控制电极，一个在半导体层上面，一个在半导体层下面，限制了这种装置中电荷平衡控制的可能性，而这是获得高亮度和发光效率的本质因素。
【发明内容】
[0011]因此，本发明的目的是提供一种关于现有技术的缺陷作出改进的电致发光有机晶体管。所述目的是利用其主要特征在第一个权利要求中给出而其它特征在其余权利要求中给出的电致发光有机晶体管实现的。
[0012]根据本发明的电致发光有机晶体管的第一个优点在于，利用电荷的辐射复合及激子通过有机半导体层整个厚度的产生，它允许横向电场关于有机半导体层的平面生成的事实。因此，实现了激子淬灭现象的衰减，其中在具有单个半导体层的所有装置中存在的所述现象是由于与自由电荷的相互作用造成的，并且来自于在有机半导体层和介电层之间的界面累积的电荷与在相同界面附近生成的激子之间的空间重叠。
[0013]根据本发明的电致发光有机晶体管的另一个优点在于它允许最大化有机半导体层中的电流密度、电荷累积并因此允许最大化光强度的事实。
[0014]最后，根据本发明的有机晶体管允许装置中电荷平衡的优化。事实上，由于装置每一侧上存在两个控制电极，它允许有效地采用有机半导体层两个界面上的电荷传输并且通过对控制电极电位的适当调制来平衡有机半导体层中电荷移动性的差异。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]参考附图，从以下对其实施例的具体且非限制性描述，根据本发明的装置的进一步的优点和特征将对本领域技术人员变得显然，在附图中:
[0016]图1示出了根据本发明的电致发光有机晶体管的示意性截面图。
[0017]附图的特征不是按比例绘制的，而是它们的尺寸为了增加图的清晰度而被放大或缩小。
【具体实施方式】
[0018]参考图1，示出了根据本发明的电致发光有机晶体管I包括至少一个有机双极性半导体层10，该半导体层10适于第一种类型的电荷(例如电子)和第二种类型的电荷(例如空穴)的传输与辐射复合。
[0019]与所述有机双极性半导体层10接触地布置了适于所述第一种类型的电荷(例如电子)注入的源极电极11及适于所述第二种类型的电荷(例如空穴)注入的漏极电极12。
[0020]由所述有机双极性半导体层10及与所述层10接触的所述源极电极11和漏极12形成的组布置在两层介电材料13和14之间。
[0021 ] 根据本发明的电致发光有机晶体管I还包括第一控制电极15和第二控制电极16，使得所述第一层介电材料13位于所述有机半导体层10与所述第一和第二控制电极15和16之间。
[0022]根据本发明的电致发光有机晶体管I还包括第三控制电极17和第四控制电极18，使得所述第二层介电材料14位于所述有机半导体层10与所述第三和第四控制电极17和18之间。
[0023]源极电极11和漏极电极12分别定位成定义关于有机双极性半导体层10平行的平面(即，定义关于最终装置的多层结构的堆叠方向垂直的平面)，以便允许利用与有机双极性半导体层10与介电层13和14之间的界面对应的场效应电荷传输。
[0024]根据本发明的一种实施例，所述源极电极11和所述漏极电极12在有机半导体层10的同一侧上，并且换句话说它们都与所述第一层介电材料13或者与所述第二层介电材料14接触。
[0025]这些源极和漏极电极11和12可以布置在所述半导体材料层10基本上平的表面上。另选地，这些源极和漏极电极11和12可以每个都布置在所述半导体材料层10的合适凹口中。
[0026]在本发明的其它实施例中，这些电极可以嵌入到有机半导体材料10中，或者可以具有与这层半导体材料10相同的厚度并且“盖住”所述层的侧面。
[0027]优选地，在根据本发明的电致发光有机晶体管中，所述源极电极11和所述漏极电极12与所述半导体材料层10共面，或者所述电极11和12都位于与所述半导体材料层10所处的平面平行的平面上。
[0028]所述有机半导体层10可以由已知适于电致发光有机装置中电荷的双极性传输的任何合适材料制成。例如，适于在本发明所述结构中使用的是四苯晶体(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-位置用烷基链和全氟链不对称代替的四噻吩(tetrathiophenes)、具有噻唑核的低聚噻吩、聚芴的共聚物、聚(对亚苯基-亚乙烯基)(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。优选地，在所述材料中，形成半导体材料层的材料可以选自低聚噻吩的羰基衍生物、芴的衍生物和聚(对亚苯基-亚乙烯基)的衍生物。
[0029]本发明所描述的解决方案中的半导体层的厚度必须在IOnm和150nm之间。在其特别优选的实施例中，所述厚度在40nm和IOOnm之间。
[0030]氧化铟锡(ΙΤ0)、金、铜、银、招、钙、镁、铬、铁和与聚(苯乙烯磺酸)(poly (styrenesulfonate))结合的聚乙撑二氧噻吩(poly (3，4~ethyIenedioxythiophene))(PED0T:PSS)可以用作所述源极电极11的材料。优选地，选择可以在铝、钙、镁或金之间作出。
`[0031]作为用于所述漏极电极12的材料，可以使用氧化铟锡(ΙΤ0)、金、铜、银、铝、钙、镁、铬、铁和与聚(苯乙烯磺酸)(poly (styrenesulfonate))结合的聚乙撑二氧噻吩(poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) )(PEDOT:PSS)?在一种特别优选的实施例，为此可以使用金或氧化铟锡(ITO)。
[0032]第一介电层13和第二介电层14的材料可以从用于电致发光有机晶体管的常规介电材料中选择。特别地，可以使用二氧化娃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)(PMMA)、氧化锌、氧化招、二氧化错、二氧化铪、含氟聚合物(fluoropolymer),诸如像商用产品 Cytop?、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol) (PVA)和聚苯乙烯(polystyrene) (PS)0 优选地，所述层13包括二氧化锆和聚甲基丙烯酸甲酯的两层，而所述层14包括聚甲基丙烯酸甲酯或者Cytop?。一般而言，所述介电层的厚度依赖于选定的具体材料:仅仅是作为例子，在由二氧化锆和聚甲基丙烯酸甲酯制成的情况下，所述层13中二氧化锆层具有100和250nm之间的厚度，而聚甲基丙烯酸甲酯层具有50和200nm之间的厚度；对于所述层14，聚甲基丙烯酸甲酯或者Cytop?层具有350和500nm之间的厚度。
[0033]第一控制电极15和第二控制电极16的材料可以选自氧化铟锡(ΙΤ0)、金、铜、银、铝。特别地，可以优选地使用氧化铟锡和/或金。
[0034]第三控制电极17和第四控制电极18的材料可以选自氧化铟锡(ΙΤ0)、金、铜、银、铝。特别地，可以优选地使用氧化铟锡和/或金。
[0035]在仍属于以下权利要求范围的同时，可以由本领域技术人员对以上公开和说明的实施例进行可能的修改和/或添加。
【权利要求】
1.一种电致发光有机晶体管,包括: -至少一个双极性有机半导体层，适于第一种类型的电荷和第二种类型的电荷的传输和辐射复合； -源极电极，适于注入所述第一种类型的电荷； -漏极电极，适于注入所述第二种类型的电荷； -所述源极电极和所述漏极电极与所述双极性有机半导体层接触； -第一和第二控制电极； -第一介电材料层，位于所述双极性有机半导体层与所述第一和第二控制电极之间； 其特征在于所述电致发光有机晶体管包括: -第三和第四控制电极；以及 -第二介电材料层，位于所述双极性有机半导体层与所述第三和第四控制电极之间；并且其特征还在于所述源极电极和所述漏极电极都位于与所述双极性有机半导体层所处平面基本上平行的平面上。
2.如权利要求1所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述源极电极和所述漏极电极都与所述第一介电材料层或者与所述第二介电材料层接触。
3.如权利要求1所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述双极性有机半导体层的厚度在IOnm与150nm之间。
4.如权利要求3所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述双极性有机半导体层的厚度在40nm与IOOnm之间。
5.如权利要求1所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述双极性有机半导体选自包括以下材料的组:四苯晶体、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位置用烷基和全氟链不对称代替的四噻吩、具有噻唑核的低聚噻吩、聚芴的共聚物、聚(对亚苯基-亚乙烯基)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.如权利要求5所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述双极性有机半导体选自包括以下材料的组:低聚噻吩的羰基衍生物、芴的衍生物和聚(对亚苯基-亚乙烯基)的衍生物。
7.如权利要求1所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述漏极和源极电极是由以下材料形成的，所述材料选自包括以下材料的组:氧化铟锡(ΙΤΟ)、金、铜、银、铝、钙、镁、铬、铁和与聚(苯乙烯磺酸)结合的聚乙撑二氧噻吩(PEDOT:PSS)。
8.如权利要求1所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述控制电极是由选自包括氧化铟锡(ITO)、金、铜、银和铝的组中的至少一种材料构成的。
9.如权利要求1所述的电致发光有机晶体管，其特征在于所述第一和第二介电材料层是由以下材料形成的，所述材料选自包括以下材料的组:二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化锌、氧化铝、二氧化锆、二氧化铪、含氟聚合物、聚乙烯醇(PVA)和聚苯乙烯(PS)。
【文档编号】H01L51/52GK103718327SQ201280038021
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】M·默西尼, R·卡佩立, S·托法尼 申请人:E.T.C.有限责任公司