ZnPc/PbPc共混蒸镀薄膜二极管的制备与工作特性的制作方法

本发明涉及一种采用两种有机材料进行共混蒸镀作为器件有源层的有机光电薄膜二极管。

背景技术：

有机光电二极管oled自20世纪中期被发现以来，其技术得到了不断地得以创新和改进，被认为是第三代显示技术领域的主力军。oled技术具有低功耗、主动发光、全固态、发光亮度高、色彩丰富和易于实现柔性显示等诸多优点。

然而，有机光电二极管的特性，例如载流子的迁移率均小于无机光电晶体管。目前，利用oled和sit结构的结合，制备了一种新的结构olet，这种结构具有高速工作和易制作等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种znpc/pbpc共混蒸镀薄膜二极管及其制备与工作特性。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

共混型有机薄膜光电二极管的制作方法，其特征是：首先在干净的玻璃基板上利用磁控溅射形成ito电极作为二极管的阳极，然后利用真空蒸镀的方法形成酞菁锌和酞菁铅的共混薄膜，最后利用磁控溅射形成铝电极作为阴极，成品中有机薄膜的厚度为120-130nm。

上述的共混型有机薄膜光电二极管，其特征是：有机薄膜的厚度为110-140nm，制备条件是，基板温度为室温，两种材料同时蒸镀，znpc材料的蒸发温度均设为350℃，pbpc材料的蒸发温度分别设为318℃、320℃和315℃，得到znpc：pbpc混合的质量比分别为1:1、4:5和5:4。有源层采用两种材料进行共混蒸镀形成的二极管较单一材料蒸镀形成的二极管，具有更大的光电流和更宽的光感应波长带域。

有益效果：

1.本发明的产品，是一种具有三明治结构的有机光电薄膜二极管，结构为ito/znpc+pbpc/al，这种结构具有高速工作和易制作等优点。

本发明的三种混合类型的产品的所有测试均是在室温条件下和密闭金属箱内进行。

有源层采用znpc和pbpc两种酞菁系材料进行混合，znpc分子是平面结构，pbpc分子是立体结构，控制两种材料的混合比例，可以得到不同输出特性，满足不同的需求。首先分析在黑暗状态下，不同混合比例的器件的输出特性曲线，如图2所示。其中，输入电压是-0.1v、0.01v和以步长为0.2v，从0.2v到3v的变化范围。可以看出，器件的输出电流随着输入电压的增大而增大，器件具有整流特性。

：pbpc混合的质量比分别为1:1、4:5和5:4的混合方式，pbpc的分子含量分别是0.55、0.7和0.5。从上图可以看出，当pbpc的分子含量是0.55时，器件的传输特性最好，其余依次是含量0.5、0.7的二极管。这是由于，当pbpc的分子含量是0.55时，混合薄膜的结构更致密、更规则化、更有利于载流子的传输。当pbpc的分子含量是0.7时，由于pbpc分子是立体结构，掺杂过多有可能阻碍了载流子的传输，使输出特性变差。所以，当两种材料进行混合时，znpc：pbpc的混合的质量比为1:1的二极管，比其他混合方式具有更大的输出电流。

混合质量比1:1的混合薄膜较单一材料薄膜有更宽的光感应波长带域。酞菁锌和酞菁铅薄膜的光谱范围均是314-900nm，混合薄膜的光谱范围是280-900nm，在341nm时具有最大的吸收率，吸收率为0.677。

光照从ito一侧进行照射，分析光照条件下混合质量比1:1的混合二极管的电气特性。该混合型二极管在正向偏压时，电流的光放大倍数范围是1.3-5。填充因子ff、光-电能量转换效率η是光电二极管的光电输出特性的两个重要参数。填充因子ff定义为最大的输出功率除以理性目标的输出功率，ff为0.324。η是器件最大输出功率与入射光功率之比光-电能量转换效率，η为0.137%。

器件的有效面积s为0.04cm²，通过lni与v的关系曲线可得出：znpc：pbpc的混合质量比分别为1:1、4:5和5:4时的势垒高度分别为0.355ev、0.417ev和0.378ev。有机材料的混合方式不同，器件内部的肖特基势垒也会不同，器件的最大电流可达到几十微安甚至0.1毫安左右。并且，有源层采用两种材料进行共混蒸镀形成的二极管较单一材料蒸镀形成的二极管，具有更大的电流。

附图说明

附图1为本产品的单个有机二极管的结构示意图。

附图2为不同混合比例的二极管的输出特性结果图。

附图3为混合比例1:1的混合薄膜、酞菁锌薄膜和酞菁铅薄膜的紫外线吸收光谱图。

附图4为341nm光照下和暗状态下混合质量比1:1的混合二极管的输出特性结果图。

附图5为混合比例1:1的薄膜二极管的lni与v的关系曲线图。

附图6为混合比例1:1的共混蒸镀薄膜二极管、酞菁锌薄膜二极管和酞菁铅薄膜二极管的输出特性结果图。

具体实施方式

实施例1：

本发明采用真空蒸镀和磁控溅射的镀膜方式，制备了具有垂直结构为ito/znpc+pbpc/al的有机薄膜光电二极管，铝阴极与一侧的有机薄膜形成肖特基接触，铝膜厚度为20nm。制作顺序是：首先在干净的玻璃基板上利用磁控溅射形成ito电极作为二极管的阳极，然后利用真空蒸镀的方法形成酞菁锌和酞菁铅的共混薄膜，最后利用磁控溅射形成铝电极作为阴极，成品中有机薄膜的厚度为120-130nm。

实施例2：

上述案例所述的有机光电薄膜二极管，有源层采用znpc和pbpc两种酞菁系材料进行混合，控制两种材料的混合比例，可以得到不同输出特性，满足不同的需求。znpc：pbpc的混合质量比为1:1的器件的势垒高度为0.355ev，影响因子n为18.21。znpc：pbpc的混合质量比分别为4:5和5:4的器件的势垒高度分别为0.417ev和0.378ev。有机材料的不同混合方式，器件内部的肖特基势垒也会不同，器件的输出电流随着输入电压的增大而增大，器件具有整流特性。有源层采用两种材料进行共混蒸镀形成的二极管的最大电流可达到几十μa，较单一材料蒸镀形成的二极管，具有更大的电流。

实施例3：

上述案例所述的有机光电薄膜二极管，具有更宽的光感应波长带域。在341nm的光照下，二极管的填充因子ff=0.324，光-电能量转换效率η=0.137%。在正向偏压时，电流的光放大倍数范围是1.3-5。

技术特征：

技术总结
ZnPc/ PbPc共混蒸镀薄膜二极管的制备与工作特性。近年来，单一的有机材料蒸镀有机薄膜晶体管被广泛的制作和研究。本发明是两种有机材料进行共混蒸镀制作的有机薄膜二极管，这两种有机材料分别为酞菁锌和酞菁铅(ZnPc和PbPc)。ZnPc/ PbPc共混蒸镀薄膜二极管的组成包括：底衬底（1），ITO薄膜电极作为二极管的阳极（2），蒸镀的ZnPc和 PbPc的共混薄膜作为有源层（3），Al薄膜电极作为阴极（4），并且ZnPc和PbPc有3种不同的混合质量比，分别为1:1、4:5和5:4。本发明具有更高地电流密度和更宽地光感应波长带域，可以应用于光传感器的单元、光电传感器阵列器件等广阔的领域。

技术研发人员：王东兴;赵双;杨美中
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2017.04.18
技术公布日：2017.08.11