配置用于高电流密度的微型有机光电器件的制作方法

本发明涉及微电子和光电领域。

本发明提供一种配置用于高密度电流的快速微型有机电子/光电器件。

特别地，响应于持续时间低于100ns，有利地低于10ns的电脉冲，这些设备可以具有低于10ns的时间响应。

在附图所示的一个实施例中，本发明具体涉及一种响应电脉冲发射光脉冲的微型有机光电器件。

背景技术：

传统(或无机)电子设备使用半导体晶体，这些半导体晶体需要复杂且昂贵的制造工艺，具有危险甚至致命化学品(as)以及非常高温度的巨大基础设施(洁净室)，制造时间相对较长(几个月)。

与无机半导体技术相比，最新分支(诺贝尔化学奖2000，alanj.heeger，alanmacdiarmid，hidekishirakawa)有机电子学主要使用塑料(聚合物或小有机化合物分子)。凭借相对简单、快速(更环保)、经济的生产工艺和几乎无限的原材料供应，有机半导体正成为低成本电子产品的关键材料。它们应用于有机发光二极管(oled)、有机光伏(pv)电池、有机晶体管(ofet)、存储器或传感器的组件中。

近年来，随着第一批元件的成熟和商业化，这种电子工业发展史无前例。它们被用作电视和移动电话上的显示设备或用作照明和信号设备。

虽然有机光电器件的主要应用现在仅限于照明、显示器和光伏电池，但如果可以开发足够快的组件(快速有机光电器件)并且可以在脉冲工况下有效地操作，则它们可以应用于具有li-fi、背板或光通信的光传输领域。

所讨论的应用的一般背景是在纳秒量级的超短脉冲范围内的电激励领域以及可能的有机光电器件的高电流密度，更具体地是微米尺寸的有机发光二极管(微型oled)。oled最小化是组件速度/带通的重要参数。这种短时间需要小的响应时间、大的带宽和与激励电路匹配的阻抗，使得包含在脉冲中的电能有效地传输到有机光电器件而不被反射。

如下面的书目表所示，现有技术中没有提供有机光电器件获得纳秒级和高电流密度的超短脉冲、在脉冲工况下有效的响应时间。

因此，需要改进现有技术以弥合当前现有技术oled与所讨论的应用之间的差距，以提供具有所需高速和高电流密度特性的器件。

这意味着要识别和优化结构和制造工艺固有的主要参数/元件行为，所述主要参数/元件行为限制微型有机光电器件的时间响应。

技术实现要素：

微型有机光电器件

本发明旨在通过优化几何结构来实现快速光电器件的生产条件，以实现微型有机光电器件的快速和高压脉冲激励，以达到高电流密度，同时避免设备故障(因为低重复率的高速/超短脉冲激励可防止高电流密度导致的热故障)。

为此目的，本发明的主题是根据权利要求1的微型有机光电器件(μ-oled)。

有利地，但任选地，根据本发明的微型有机光电器件还可包括以下特征中的至少一个：

-所述中空区域配置为：通过减小有源区域的表面来最小化有源区域的结电容；使第一平面电极的电阻系数rs最小化；并且处理第二平面电极的另一末端的一部分相对于第一电极的第一末端的横向定位和纵向定位的误差裕度；

-所述分支的横向尺寸大于或等于所述末端的一部分的横向定位的误差裕度，所述中空区域的纵向尺寸大于或等于所述末端的一部分的纵向定位的误差裕度；

-所述器件的电气特性用以下方式建模：

·与和电阻rd串联的二极管d串联的电阻rs，或者

·与动态电阻rd’串联的电阻rs，和

·至少一个结电容,其与二极管d和电阻rd并联，或者与动态电阻rd’并联，用于对所述有源区域进行建模，其中所述中空区域(66)被配置为通过减小有源区域的表面来最小化结电容。

-所述器件被配置为最小化串联电阻rs，其中第一平面电极除了有源区域之外在第一末端的区域上包括金属化层。

-所述分支的纵向尺寸在2μm到20μm之间；所述中空区域的纵向尺寸在2μm和20mm之间；所述末端的一部分的横向尺寸在1μm到10mm之间，所述分支的横向尺寸在1μm到10mm之间，所述臂的横向尺寸在1μm到1mm之间；

-所述有源区域的结电容小于200pf，优选小于20pf，更优选小于1pf；

-所述有源区域的等效电阻率小于500欧姆，优选小于50欧姆，更优选小于1欧姆；

-第一平面电极和/或第二平面电极呈现透明导电层或金属层，

-所述第一末端的部分是直线的，垂直于所述分支；

-所述光电器件是oled或有机光电二极管；

-所述中空区域呈现圆形内角；

-所述第一平面电极和/或所述第二平面电极呈现导电且透明的氧化物层或金属层，被配置用于使光通过或用于光的波导；

-所述第一平面电极包括除所述有源区域之外在所述第一末端的区域上的金属化层；

-所述第一平面电极是在ito(氧化铟锡)层中形成的阴极，所述第二平面电极是阳极并且呈现金属层；

-所述有机层堆叠是m-mtdata型材料；

-所述有机层堆叠的厚度在50nm之间，更优选地在200nm之间；

-所述有源区域的最大尺寸小于500×500μm²，优选小于200×200μm²，更优选小于100μm²，甚至更优选小于20μm²。

这种微型有机光电器件可以通过以下方式优化μ-oled并改善电气时间常数：

-减少寄生电容。这通常通过减少oled的有源表面积来实现。

-串联电阻rs(和动态电阻rd’)的最小化。

这种微型有机光电器件可以通过以下方式优化μ-oled并改善电气时间常数：

-脉冲在电极中的有效速度传播不会破坏激励电路的其余部分。

因此，它有利地允许构思低成本和快速上市/更简单的光电器件。

可以考虑其他功能：

-微型有机光电器件被配置为具有低于10ns的时间响应，以响应具有低于100ns的脉冲持续时间的电脉冲；

-介电基板支撑至少一个接地平面，用于连接到第一平面电极和第二平面电极的电压源的一些电线；第一平面电极、第二平面电极和接地平面由间隙隔开而没有导电材料，间隙的大小使其适应器件中电脉冲的传播速度，以限制由于所述电线和所述平面电极之间的电脉冲通过而产生的反射；间隙的大小使微型有机光电器件的有效介电常数等于输出电脉冲的电线的介电常数(正或负10％)；

-构造第一平面电极、第二平面电极和接地平面(例如通过蚀刻)以集成激励或表征电路，至少包括电阻、电容和/或电感；

-所述电阻、电容和/或电感以串联/并联方式设置；

-第一平面电极在两个接地平面的相等距离处，在基板的同一侧上的两个接地平面之间延伸，并且通过一些间隙与两个接地平面隔开而没有导电材料，其中第一平面电极的横向尺寸t和第一平面电极与两个接地平面中的每一个之间的间隙的横向尺寸g使得有效介电常数εr有效定义为：1+(∈r–1)/2*β(γ2)β(γ1)等于电线的介电常数εr0；其中

εr是所述介电基板的介电常数，γ1，γ2和γ3是几何参数，

γ3＝√(1-γ1²)；

γ1＝t/(t+2g)；

在间隔中定义γ1和γ2的β(γ)；

在间隔中定义γ1和γ2的β(γ)；h是介电基板的厚度；

-第一平面电极/或第二平面电极是接地平面；

-接地平面位于基板的一侧，第一平面电极和第二平面电极是基板另一侧上的轨道，并通过通孔电联接到接地平面；

-相对于第一第二平面电极，第二平面电极和接地平面的几何形状产生等于50欧姆或75欧姆的器件阻抗；

-所述第一平面电极和/或所述第二平面电极呈现导电且透明层或金属层，被配置用于使光通过或用于光的波导；

-第一平面电极是由ito(氧化铟锡)制成的阴极，第二平面电极是阳极并且呈现金属层；

-第二平面电极是阴极，由ito制成，第一平面电极是阳极并且呈现金属层；

-介电基板是玻璃、硅、氧化硅、硅氧化硅、聚合物或柔性基板；

-连接所述两个臂的所述分支包括一个或多个光子元件；

-所述微型有机电子器件被配置为具有低于10ns的时间响应，以响应具有低于100ns的脉冲持续时间的电脉冲，从而允许所述有源区域中的电流密度高于3ka/cm²，优选地4或5ka/cm²。

不发光的微型有机电子器件

在附图中未示出的另一个实施例中，本发明可以仅涉及不能发光的微型有机电子器件。

在第一变体中，微型有机电子器件包括基板，以及叠置在所述基板上的以下部件：

-具有第一末端的第一平面电极；

-至少部分地覆盖所述第一末端的有机层堆叠；

-具有另一末端的第二平面电极，所述另一末端的一部分部分地覆盖所述有机层堆叠和所述第一末端，限定所述有机电子器件的有源区域；

-其中所述第一末端的位置和几何形状被配置为使得所述第一末端包括没有导电材料的中空区域和围绕所述中空区域的拱形，所述拱形具有两个臂和连接所述两个臂的分支，所述有源区域受到所述分支的横向尺寸和所述末端的一部分的横向尺寸的限制，所述中空区域被配置为：

-通过减小所述有源区域来最小化所述有源区域的结电容，

-最小化所述第一平面电极的串联电阻rs，和

-处理所述两个电极的末端的横向定位和纵向定位的不精确。

有利地，但任选地，根据本发明的微型有机电子器件还可包括以下特征中的至少一个：

-所述有机电子器件被配置为具有低于10ns的时间响应，以响应具有低于100ns的脉冲持续时间的电脉冲，从而允许所述有源区域中的电流密度高于3ka/cm²，优选地4或5ka/cm²；

-连接所述两个臂的所述分支可以包含频率选择性光学元件，如分布式反馈结构(dfb)、布拉格光栅、光子晶体、微激光腔或其他光子元件。

在第二变体中，微型有机电子器件具有低于10ns的时间响应，以响应脉冲持续时间低于100ns的电脉冲，其包括支持以下的介电基板：

-至少一个接地平面；

-第一平面电极；

-部分地覆盖所述第一平面电极的有机层叠层；

-第二平面电极，所述第二平面电极的至少一部分覆盖所述有机层叠层和所述第一平面电极；

限定所述微型有机电子器件的有源区域；

-用于连接到所述第一平面电极和所述第二平面电极的电压源的一些电线；其中所述第一平面电极、所述第二平面电极和所述接地平面由间隙隔开而没有导电材料，以便适应所述器件中电脉冲传播的速度，以限制由于所述电线和所述平面电极之间的电脉冲通过而产生的反射。

有利地，但任选地，根据本发明的微型有机电子器件还可包括以下特征中的至少一个：所述第一平面电极、所述第二平面电极和所述接地平面被构造成(例如，通过蚀刻)集成(或包括)激励和表征电路，例如电阻、电容和/或电感。

微型有机光电器件的第3-7页描述的所有特征可以应用于第一变体和第二变体的微型有机光电器件。

附图说明

参考附图作为非限制性示例给出的本发明的其他特征、目的和优点将在阅读以下详细描述时显现，并且其中：

-图1a示出了根据现有技术的μ-oled的等效电气图；

-图1b示意性地示出了对所述等效电气图的脉冲的响应；

-图2a和2b示意性地示出了根据现有技术的μ-oled的有源区域；

-图3a示意性地示出了根据现有技术的给定所述有源区的厚度的有源区域的电容值；

-图3b示意性地示出了根据本发明的给定所述有源区域的厚度的有源区域的电容值；

-图4,5a至5d示意性地示出了根据现有技术的oled的电极的定位；

-图6a，7a，7b示意性地示出了根据本发明的μ-oled的电极的定位；

-图6b，6c，6d和6e示意性地示出了根据本发明的μ-oled的电极的细节；

-图8a，8b示意性地示出了根据现有技术的μ-oled的电极的定位；

-图9a，9b示意性地显示了根据本发明的μ-oled的电极的中空区域；

-图10a示出了根据本发明的μ-oled的等效电路图；

-图10b示意性地示出了根据现有技术的不同偏振点的动态电阻的强度，伏特和值；

-图11a，11b分别示意性地示出了根据本发明的μ-oled的电极的平面几何形状和双平面几何形状的垂直剖视图；

-图12a，12b分别示意性地示出了根据本发明的μ-oled的电极的平面几何形状和双平面几何形状的透视图；

-图13示意性地示出了根据本发明的μ-oled的共面电极的顶视图结构；

-图14示意性地示出了根据本发明的μ-oled的平面电极的顶视图结构；

-图15显示了包含4个根据本发明的μ-oled的样品；

-图16a，16b和16c分别示出了本发明的μ-oled对于2.5ns，5ns，7.5ns和10ns脉冲的激励、电流密度和亮度时间响应；和

-图17a和17b示意性地示出了包括根据本发明的光子元件的μ-oled的顶视图和垂直截面图。

具体实施方式

参考图1a，示意性地示出了用于对微型有机光电器件(μ-oled)进行建模的等效电路图。

μ-oled等效电路利用以下建模：

-考虑电极几何形状的串联电阻rs；

-动态电阻rd'(或与电阻rd串联的理想二极管d)；和

-可能与另一个电容cr并联的电容c。电容c是结电容，而cr模拟由制造工艺产生的寄生电容。

vmes是电阻rmes两端的电压，ve是激励电压。

流过rmes的电流i是id，ic和icr的总和，它们分别是流过二极管d和rd、结电容c和制造工艺电容cr的电流。

电流ic和icr在瞬态过程中出现，然后在衰减时间τ消失(3τ后95％衰减)。

因此，一旦在三倍时间响应(3τ)之后建立稳定状态，必须测量流过μ-oled的相关电流。换句话说，首先对电容充电，产生峰值电流，然后产生电流衰减，使得通过μ-oled的有源部分的电流逐渐流动。

如果脉冲横向尺寸太短并且在电容电流消失之前结束，则流过有机二极管的电流保持可忽略不计，后者几乎不亮。因此，由于上述瞬态方案，μ-oled有最小脉冲持续时间以有效地操作并具有显著发光。为了能够激发具有超短脉冲的oled并减少瞬态状态持续时间，必须最小化oled的时间响应τ。

存在脉冲激励时该等效模型的仿真结果如图1b所示。

对于幅度为a的脉冲激励，rmes两端的电压呈现急剧上升，达到电流峰值，然后指数衰减到稳态电流值。

电流峰值是电流ic+icr流过电容器并使二极管短路的结果。实际上通过发光区的电流id随着对电容器充电的电流切断(负载饱和)而增加。

表征瞬态状态的“持续时间”的电气时间常数通常是乘积te＝req×ceq的结果。

更详细的表达式是：其中ceq＝c+cr，并且

因此，对应于电容器的充电速度的时间常数te'受rs，rd，c，cr(以及存在时的rmes)限制。因此，电子时间常数可通过μ-oled的几何形状和结构来获得。

通过优化几何和结构，主要从电气和物理的角度来减少rs，rd，c和cr(如存在)。因此，这是一个优化包括其电极在内的器件的问题，因此非常短的电脉冲有效地施加到有机异质结构而没有反射，并且具有最小化的焦耳效应，使得每个脉冲中包含的能量有效地促进光脉冲的发射。

因此，以下部分旨在通过以下方式优化μ-oled并改善电气时间常数：

1.减少电容c(和cr，如存在)。这通常通过减少oled的有源表面积来实现。

2.最小化串联电阻rs(和电阻rd或rd')(减少与电极几何形状相关的电阻效应)。

3.脉冲在电极中的有效速度传播不会破坏激励电路的其余部分。

1.电容问题

有机材料比半导体更接近电介质。因此，当这些材料位于两个电极之间时，它们构成电容器。

图2a和2b示出了有机半导体22、阳极21和阴极23的重叠的不同几何形状，限定了有源区域24。

阳极21和阴极23可以优选包含ito或铝。

对于具有平均相对介电常数εr≈3.5且表面积s＝l×w的有机半导体的μ-oled，结电容为：c＝εr*ε0*(s/e)，其中l和w是纵向尺寸和横向尺寸，其中e是构成阳极和阳极之间的有机异质结构的各种材料的叠层的厚度。

所述等式表明电容随着有源表面而增加。

典型的结电容值约为20-40nf/cm²。

图3a示出了作为边(l或w)的函数的方形32的有源区域和圆形μ-oled31的微微法拉(pf)中的电容值的曲线。因此，如图所示，电容随边(l或w)的值线性增加。

典型μ-oled的厚度e优选在约80nm和100nm之间。

现有技术是减小有机异质结构的厚度以补偿有机半导体电荷的低迁移率。

相反，增加厚度使得可以使电容最小化，如图3b所示，其中它针对有源表面100μm×100μm(附图标记34)和12μm×100μm(附图标记32)示出了电容随着有机异质结构的厚度的演变。

此外，为了优化时间常数，我们可以使用材料m-mtdata(4,4'，4”-三[(3-甲基苯基)苯基氨基]三苯胺)制造更厚的有机异质结构，其表现出比其他有机半导体更大的迁移率。

因此，对于约125nm和180nm之间的厚度，优选地可以获得优化的电容，与标准的μ-oled相比，这允许减少约2.25的因子。

如先前利用结电容的等式所看到的，由于电容随着有源表面而增加，可以通过限制阴极和阳极(有源区域)的叠加区域来精确地控制后者。

因此，可以通过将一个电极的尺寸减小到横向尺寸l并且以距离w将两个电极叠加来减小μ-oled的有源区域s。然后，有源表面s＝w×l。

μ-oled的有源表面积的界定可以以两种不同的方式进行(文献中提出)：

-通过光刻：该方法引入寄生电容，其不会有益于有源表面的减少。

通过电极的叠加来界定(附图标记42，44)：原理在图4中示出。在基板41上，在真空中沉积有机层43之前和在阳极44之后构造阴极42。通过掩模(中空掩模)的蒸发使得在带状薄膜中沉积铝层成为可能。

为了通过叠加成功地界定μ-oled以获得有源区域45，高速缓存掩模的定位精度是至关重要的。这种定位必须在真空蒸发过程中通过精密机械系统完成。在实践中，很难想象掩模与掩模的对准优于+/-0.5mm，并且最小的孔几乎不小于100μm。另外，蒸发期间的锥形投影效应可以导致因子2的图案变宽。在μ-oled显示器的区域中，中空掩模的分辨率允许实现典型尺寸为300μm的像素。

应该注意的是，结构化步骤仅在填充有机层之前是可能的，因为它们易碎并且对任何化学接触敏感。因此，阳极比阴极更容易微纳结构。后者只能通过中空掩模蒸发“大概”界定。

如图5a，5b，5c和5d所示，穿过该掩模的凸起锥体在阴极的横向尺寸和横向定位δl和纵向δw上引入不确定性。

对于矩形几何形状，由电极(51，53)的尺寸限定的表面实际上遭受根据定位误差的符号对有源区域54具有显著影响的定位问题和不确定性：

-有源表面54由最窄电极(51，53)的横向尺寸l和阳极51以及阴极53的覆盖w限定。其中定位具有纵向不确定性+δw，有源区域54增加到s＝(w+δw)×l(图5a)；

-如果定位不确定性为负(-δw)，则有源区域为空(图5c)；

-当定位导致横向定位不确定性δl时，有源区域54增加：s＝wx(l-δl)(图5b)；和

-如果横向定位不确定性δl>l，则有源区域为空(图5d)。

图6a示出了μ-oled60的实施例，其允许实现更小的尺寸并减少定位误差的影响。

μ-oled60包括基板，以及叠置在基板61，131上的以下部件：

-第一平面电极62，优选阴极，具有第一末端65c；

-有机层叠层67，其包括至少一层电致发光材料，至少部分地覆盖所述第一末端，其中有机层叠层的厚度在50nm，更优选地和200nm之间；

-第二平面电极63，优选为阳极，具有另一末端63a(如图6c所示)，所述另一末端的一部分部分地覆盖所述第一末端65c和所述有机层叠层67，限定μ-oled60的有源区域64。

第一平面电极62和/或第二平面电极63具有透明且导电的层，优选地具有导电且透明的氧化物层或金属层，被配置用于使光通过或用于光的波导。优选地，阴极具有ito(氧化铟锡)层，阳极具有金属层。

至少一个电极，优选阴极62预先构造有中空区域66，以减小有源区域64。

为此目的，如图6b和6c所示，第一末端65c的位置和几何形状被配置成使得第一末端65c界定没有导电材料的中空区域66，其中拱形65围绕中空区域66，拱形65具有两个臂65a和连接两个臂65a的分支65b，有源区域64受到所述分支65b的横向尺寸wb和阳极63的另一个末端的一部分的横向尺寸w的限制(如图6e)所示。

因此，阴极62在与阳极63叠加的区域中被挖空。另一个末端63的部分是直线的，并且垂直于分支65b。

分支65b的横向尺寸wb在2μm和20mm之间；中空区66的纵向尺寸lh在2μm和20mm之间；末端的一部分的横向尺寸在1μm和10mm之间，分支65b的横向尺寸wb在1μm和10mm之间，并且臂65a的横向尺寸la在1μm和1mm之间。

图7a和7b示出了μ-oled70的另一个实施例。

无论纵向定位误差δw>0(图7a)，中空区域75允许限制横向尺寸w和纵向尺寸l的有源区域74的一侧。考虑到横向定位误差δl，中空区域75扩大到l+δl1+δl2(图7b)。

因此，分支76的纵向尺寸l大于或等于第二电极的末端的横向定位的误差裕度δl，中空区域的纵向尺寸大于或等于第一电极的末端的纵向定位的误差裕度δw。

阳极采用的几何形状(具有两个臂和连接两个臂的分支的拱形)和阴极的定位允许减小有源表面并因此减小μ-oled的电容，同时最大限度地减小了接触电阻增加的影响，因为电荷可以从拱形的一端移动到另一端。实际上，与传统几何形状(例如图8a和8b中所示的几何形状)相比，对于相同的电极横向尺寸，接触电阻减小了至少两倍。电极82，83具有现有技术中已知的交叉几何形状。

图8a和8b显示了定位不确定性的影响。因此，在这种传统的几何形状中，第一电极82的末端的纵向定位的误差裕度δw和第二电极83的末端的横向定位的误差裕度δl引起有源区域84的值的巨大差异。与图8b中的有源区域84相比，图8a中的有源区域84非常优越。因此，这种配置不允许精确地控制有源区域。因此，它不允许控制μ-oled的电容。

参考图9a和9b，阳极91包括位于末端的中空区域92a/92b。中空区域92a/92b具有拱形几何形状，其可通过去除所有直角来优化，以优化电流线路和电极中的负载通道。

因此，拱形可具有半圆形、椭圆形、框柄形或正确的几何形状。

优选地，有源区域的最大尺寸小于500×500平方微米，优选小于200×200平方微米，更优选小于100平方微米，甚至更优选小于20平方微米，电容值小于或等于约200pf，优选小于20pf，优选小于1pf，更优选小于0.4pf。

有源区域的等效电阻率小于500欧姆，优选小于50欧姆，更优选小于1欧姆。

2.电阻问题

有两种类型的电阻模型：

-动态电阻；和

-串联电阻。

因此，除了所需电容的减小之外，由于电极的几何形状，有源表面的减小，因此电极的尺寸w和l的减小可导致串联电阻rs的增加。

因此，为了减小有机光电器件的时间常数，还必须降低由阳极和阴极的几何形状引起的串联电阻。

此外，如果电极包括ito材料，由于ito的导电性低于金属(ito导电率为5.95×10⁵s/m，而铝为3.53×10⁷s/m)，这种电极的串联电阻高于无机光电器件的串联电阻。

在ito阳极(横向尺寸w，纵向尺寸lito，厚度tc和电阻率ρito)以及铝阴极(纵向尺寸lal，横向尺寸l和厚度ta)的示例中。

总串联电阻为：rs＝rs-cathode+rs-cathode，阳极诱导串联电阻之和为：rs-anode＝ρito*lito/wtc，阴极诱导电阻为：rs-cathode＝ρal*lal/lta。

很明显，μ-oled的表面积的减小(s＝w×l)导致串联电阻的增加，其主要贡献是ito阳极。

对于1cm的轨道纵向尺寸和横向尺寸w＝2mm，在没有金属化至少一个电极的情况下获得的典型串联电阻值在40-100欧姆的范围内。

如果包含ito的电极在除必须保持透明的有源区域之外的位置处被铝金属化，则该电阻有利地减小2900倍，即小于或等于几欧姆甚至几欧姆的分数。

图10a示出了对应于图1a的μ-oled的等效电气模型，其中二极管由动态电阻rd’代替，动态电阻rd’取决于极化点。

参考图10b，我们可以看到点a和b之间的强度-电压，其是不同极化点的动态电阻值(斜率的倒数)的特征。

横坐标为强度(a)，纵坐标为电压(v)的函数具有对数正态函数的倒数形状。因此，它表明rd’的电阻值在达到给定电压时开始减小。

因此，为了降低动态电阻rd’，使用具有最高电压的工作点非常重要。

电源线的尺寸设置为在1ghz的目标频率下获得50ω的特征阻抗(例如，相同的原理适用于超过1ghz的其他目标频率)。因此，为了确保激励源的阻抗连续性及其连通性，应尽可能获得50欧姆左右的动态电阻。因此，电压必须高于μ-oled的正常操作电压。为了达到这些高电压，重要的是确保电极中脉冲的有效传播速度不会破坏激励电路的其他部分。实际上，破坏或改变从一个元件到另一个元件的传播速度会导致反射。因此，最小化这些反射允许脉冲中包含的能量被传递到μ-oled的有源部分。

3.脉冲反射问题

电线中波的传播速度vφ约为180,000至200,000km/s，即，考虑到c，真空中光速的常数：c/1.7<vφ<c/1.5。

传播速度vφ也写作材料的函数，更具体地说，作为后者的介电常数εr的函数：vφ＝c/√εr。

在同轴电缆(rg58c/u型)中，速度为v＝200,000km/s，也可以表示为线性电容(c～100pf/m)和线性电感(l～250nh)的函数：vφ＝√(l/c)。

共面几何形状的电极(或带，当电极和接地平面位于基板的同一面上时)中波的有效传播速度取决于该电极的尺寸，特别是取决于轨道的横向尺寸w或l，基板的厚度和后者的介电常数。

它的先验速度与电缆中的传播速度不同。当脉冲从电缆传递到元件的电极时，波的传播速度的任何变化都会产生反射。由于来自发电机的电力电缆和器件之间的扩散速度(或脉冲情况下的相速度)的中断，确实反射了波的一部分。这具有减少实际传递到器件的有源部分的脉冲部分的效果。

脉冲的反射可导致脉冲的扩大，以及除有机异质结构之外的能量耗散。这些反射限制了传播速度。

最明显的例子之一涉及当脉冲序列经受μ-oled时的调制速率，该μ-oled限于比脉冲扩宽更长的时段。

对于光学频率范围(150-250thz)内的电磁波，这种反射是众所周知的。因此，在索引为n1＝c/v1和n2＝c/v2,的两种材料之间的界面处，或者v1和v2分别是介质1和2中波的传播速度，反射系数表示为：

在100mhz-10ghz的频率范围内，电极的几何形状对有效传播速度有影响，因此产生有效的相对介电常数εr。因此，存在一种作用于几何形状以改变电极中的传播速度的方式。传播常数为：

可以区分两种类型的几何形状，允许调节相对有效的介电常数：

-平面几何形状，其中电极122a和接地平面121a平面位于介电基板123的同一表面上，如图11a所示。

-双平面几何形状，其中电极122b放置在基板123的一侧，并且接地平面121b位于所述介电基板123的相对侧，如图11b所示。

所述介电基板123包含玻璃、硅、氧化硅、聚合物或柔性基板。

图12a显示了平面几何形状的垂直剖视图。

平面电极由中心电极122a(优选地是阳极)组成，中心电极122a等距地放置在两个质量块的轨道121a之间，全部布置在电介质(优选地包含玻璃或硅)支撑件123上方的相同平面中。

h和εr分别表示介电基板的厚度和相对介电常数。t和t分别代表阳极的横向尺寸和厚度。g是阳极122a和接地平面121a(在一些配置中为阴极)之间的距离。

这些接地平面121a存在于阳极122a的任一侧，并且通过外部电路或通过电极的几何形状彼此连接。

对于给定的电介质，正如我们所见，用于产生快速光电元件的平面电极的特征阻抗由比率定义的形状因子γ1给出，

还定义了以下参数：

使用在不同区间上定义β(γ)的中间函数β1(γ)和β2(γ)：

-其中用于范围<γ<1/√(2)内γ1或γ2的值。

-针对1/√(2)<γ<1定义。

然后通过下式给出有效相对介电常数：

其中β＝β1orβ2。

因此，获得与电缆相同的有效相对介电常数的条件导致：

∈reffective＝εr＝1,5.

因此，我们获得了t，g之间的关系与比率t/(t+2g)。为了减少或消除这些反射，因此可以改变μ-oled的几何形状，特别是比率t/(t+2g)。

考虑厚度h＝1000μm的玻璃基板(εr＝7.75)，以及导电率σ＝5.95e⁵，厚度为100nm的氧化锡和铟(ito)电极。

给定预定义的横向尺寸t值，我们计算间隙(gap)g值，例如εreffective＝1.5，以获得下面的尺寸表：

参考图13，示出了不同的共面电极结构。

初始介电基板131可以是覆盖有导电层131b，例如ito的玻璃样品(图13a)。通过沿着横向尺寸g的至少两条平行连续线132去除导电层来构造电极。这允许产生横向尺寸t的中心电极，其与两个接地平面隔开距离g(图13b)。这种尺寸使得可以确保与激励源及其连接的传播的连续性(例如，相同的原理适用于1ghz以上的其他目标频率)。

实际上，间隙g的尺寸被设计成适应装置中电脉冲的传播速度，以限制由于电脉冲和平面电极之间的电脉冲通过而引起的反射。

此外，间隙g的尺寸使得有机光电器件的有效介电常数等于输送电脉冲的电线的介电常数(正或负10％)。

可以根据图13c的配置来布置电极，以通过去除电极之间的导电层来分离阳极(a)和阴极(k)的接触，从而允许电流测量。

图13和14的电极阳极对应于所有图6，7和17的电极62，71，171。

图13和14的电极阴极对应于所有图6，7和17的电极63，73。

在这些图中，阴极和阳极显然可以颠倒。

而且，如前所述，通过增加中空区域133(图13d)，可以限制位置不确定性对有源表面尺寸的影响，从而限制对电容的影响。

图13e至13h示出了阴极k和接地平面重合的结构。在该配置中，阴极(k)和接地平面之间的导电层未被去除。

通过不完全去除接地平面与阴极(k)或阳极(a)之间的导电层，可以产生无源电阻134a(图13f)。

电感器和电容器134b也可以并联或串联地雕刻在器件上(图13g)，与阴极(k)或阳极(a)电气连接。

具有金属化阳极a的完整结构允许降低串联电阻，如图13h所示。

允许测量的结构可以在阴极k(图13i)或阳极a(图13j)处集成无源器件134c。

用有机层135和阴极k臂136的金属化(图13k)最终确定的结构也可以集成阳极a金属化(图13l)。

图12b示出了电极几何形状的另一个实施例。该图示出了双平面电极122b的垂直剖视图。

电极122b放置在基板123的一侧，接地平面121b位于所述基板123的相对侧。

h和εr分别表示基板的厚度和相对介电常数。t和t分别代表导体轨道的横向尺寸和厚度。

在给定频率下，双平面电极的基本特征在于形状因子w/h。例如，an：εr＝11.9(硅)，σ＝3.53×10⁷(铝)zc＝50ω，f＝1ghz，h＝500μm，我们得到w＝0.803×h＝401.6μm。

参考图14，示出了不同的双平面电极结构。

初始支撑件141可包含例如用ito覆盖的硅样品141b(图14a)。

电极以线142(图14b)的形式构造，其尺寸被设计成减小激励源与其连接器之间的界面处的反射。

通过分离线142产生阴极k和阳极a(图14c)。

中空区域143可以集成在阳极a中(图14d)。

未示出支撑件141的下侧上的接地平面，但是与后者的接触借助通孔144实现，通孔144可以是穿过基板141的连接(图14e)。

可以在阴极k和接地平面之间(图14f)，或在阴极k(图14g)或阳极a(图14h)处的其他无源元件145之间增加测量电阻145。

通过添加通过通孔连接到地的接触焊盘146(图14i)可以实现测量探针，可能在阴极k和接地平面之间具有测量电阻145(图14j)。

在图14k或图14l中示出了有机层148的沉积和阴极k的金属化以产生阴极指149。可能需要ito阳极和阴极的金属化以降低串联电阻。

下表说明了允许减少冲击的不同几何形状：

图15显示了包含4个'μ-oled的样品：样品1和3处于电流测量配置(对应于图13k)，样品2和4配置成连接到接地平面的阴极模式(对应于图13h)。玻璃基板包含ito层。

该图中的标题如下，a：阳极，k：阴极，e：中空区域，s：有源区域，d：金属化阴极指，m：接地平面，rm集成测量电阻。

这样的配置允许获得：

-电气响应时间小于或等于约0.4ns-1.8ns；和

-光学响应时间小于或等于约5ns。

图16示出了μ-oled的电和光时间响应，μ-oled被优化以减少寄生反射，包括拱形几何形状、有源区域的限制以允许电容的最小化，例如图15中所示的那样。

电和光时间响应是针对2.5ns(第1列)，5ns(第2列)，7.5ns(第3列)和10ns(第4列)的脉冲。

对于每个脉冲持续时间，激励幅度等于10，20，40，60，80，100和120伏。

图16a示出了经受μ-oled的激励电压，图16b示出了电流密度(μ-oled的电气响应)，图16c示出了亮度(ua)(μ-oled的光学响应)。

表征设置包括驱动μ-oled的高速高压激励电子电路和高速光收集装置。激励电路还包括保护脉冲发生器的等于50欧姆的匹配电阻，以及专用于测量瞬时电流i的串联电阻rmes＝50欧姆。器件由快速脉冲发生器驱动(avtechavl-2a-b)，其产生的电脉冲的横向尺寸从3ns到100ns不等，重复频率为10hz，幅度高达160v。激励脉冲的上升时间为2ns。光收集装置包括用于观察的共聚焦显微镜，并且通过雪崩光电二极管(thorlabs，apd130a)进行检测。使用高速示波器(tektronix，tds7254)采集所有信号。

图16中的测量结果表明：

·响应时间随着μ-oled有源表面的减少而减小。

·响应时间随着各种电阻的减小而减小：

ο对于厚度为100nm，有源表面为100μmx100μm的样品，c＝10pf-20pf。

οrd～120ω-340ω.

οrs～60-100ω(无金属化)。

·通过优化电极以减少带有框柄的反射，可以实现4000a/cm²的电流密度。

因此，如图15所示的μ-oled的优化几何形状和结构允许获得低于10ns的(电气和光学)时间响应，以响应具有低于100ns的脉冲持续时间的电脉冲，从而允许有源区域中的电流密度高于3ka/cm²，优选为4或5ka/cm²。

图17a和17b示出了具有电极171和电极173的μ-oled170。

连接两个臂171a的分支171b可以包含一个或多个光子元件174a，174b。

光子元件174a，174b可以是波导、光栅、分布式反馈镜、激光腔、由分布式反馈镜制成的激光腔、光子晶体、由光子晶体中的缺陷制成的激光腔。

那些光子元件174a，174b允许修改发射特征，从而我们可以设计具有特定光学特征的μ-oled170。

引用的现有技术

[1]:d.kasemann,r.brückner,h.andk.leo,《organiclight-emittingdiodesunderhighcurrentsexploredbytransientelectroluminescenceonthenanosecondscale》,phys.rev.b,vol.84,no11,p.115208,2011.

[2]:k.hayashi,h.nakanotani,m.inoue,k.yoshida,o.mikhnenko,t.-q.nguyen,andc.adachi,《suppressionofroll-offcharacteristicsoforganiclight-emittingdiodesbynarrowingcurrentinjection/transportareato50nm》,appliedphysicsletters,vol.106,no9,p.93301,march2015.

[3]h.nakanotani,etal“injectionandtransportofhighcurrentdensityover1000a/cm²inorganiclightemittingdiodesunderpulseexcitation”,jpn.j.appl.phys.443659(2005)

[4]:n.c.giebinkets.r.forrest,《temporalresponseofopticallypumpedorganicsemiconductorlasersanditsimplicationforreachingthresholdunderelectricalexcitation》,physicalreviewb,vol.79,no7,february.2009.

[5]a.j.heeger,“fastpulsedelectroluminescencefrompolymerlight-emittingdiodes”,j.appl.phys.vol.91,n°4,2002.