二维半导体电致发光装置

1.本实用新型涉及电致发光装置的技术领域，具体地，涉及一种二维半导体电致发光装置。


背景技术：

2.二维半导体发光装置具有良好的光电反应速度，被广泛的应用于显示设备。在相关技术中，二维半导体发光装置通过电极向二维半导体材料施加交变电压，进而使二维半导体材料发光，但是二维半导体材料通常会具有裂隙，进而使二维半导体材料无法整体大面积发光，发光效率低。


技术实现要素：

3.本实用新型是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
4.二维半导体材料由于没有成熟的制备技术，制备出的单层或少层的二维半导体材料通常会具有裂隙。在相关技术中，二维半导体发光装置通过电极向二维半导体材料施加交变电压，进而使二维半导体材料发光，但是二维半导体材料具有裂隙使二维半导体层不连续，进而使不同的二维半导体材料之间无法通过电连接连通，因此无法实现二维半导体层整体大面积发光，发光效率低。
5.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本实用新型的实施例提出一种二维半导体电致发光装置，该二维半导体电致发光装置具有发光效率高的优点。
7.本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置包括：衬底，所述衬底包括第一主表面，所述第一主表面位于所述衬底的厚度方向上的一侧；电极层，所述电极层设在所述第一主表面上，所述电极层包括多个第一电极体和多个第二电极体，多个所述第一电极体沿所述衬底的横向间隔布置，多个所述第二电极体沿所述衬底的横向间隔布置，多个所述第一电极体和多个所述第二电极体沿所述衬底的横向交错布置，相邻的所述第一电极体和所述第二电极体在所述衬底的横向上间隔开，所述第一电极体和所述第二电极体的极性相反；二维半导体层，所述二维半导体层设在所述电极层在所述衬底的厚度方向上远离所述衬底的一侧；介电层，所述介电层的至少部分在所述衬底的厚度方向上位于所述二维半导体层和所述电极层之间，以隔开所述电极层和所述二维半导体层；和
8.保护层，所述保护层设在二维半导体层在所述衬底的厚度方向远离所述介电层的一侧。
9.本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置通过向第一电极体和第二电极体施加交变电压使多个第一电极体和多个第二电极体之间形成电场，二维半导体层内二维半导体材料被电场激发进而使二维半导体材料发光，进而使二维半导体层与电极层对应的区域内的二维半导体材料实现整体大面积发光，提高了发光效率。
10.由此，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置具有发光效率高的优点。
11.在一些实施例中，所述第一电极体中的每一者的长度方向与所述衬底的纵向一致，所述第二电极体中的每一者的长度方向与所述衬底的纵向一致。
12.在一些实施例中，所述二维半导体电致发光装置还包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部在所述衬底的纵向上相对设置，所述第一连接部与所述多个第一电极体中的每一者相连，所述第二连接部与所述多个第二连接部中的每一者相连。
13.在一些实施例中，相邻的所述第一电极体和所述第二电极体在所述衬底的横向上间隔第一预设距离，所述第一预设距离大于等于100nm且小于等于1000nm。
14.在一些实施例中，所述二维半导体电致发光装置还包括第一叉指电极和第二叉指电极，所述第一叉指电极包括多个第一指部，所述第二叉指电极包括多个第二指部，所述第一指部形成所述第一电极体，所述第二指部形成所述第二电极体。
15.在一些实施例中，所述第一电极体和所述第二电极体在所述衬底的厚度方向上的尺寸大于等于20nm且小于等于200nm。
16.在一些实施例中，所述介电层在所述衬底的厚度方向上的尺寸大于等于20nm且小于等于200nm。
17.在一些实施例中，所述保护层在所述衬底的厚度方向上的尺寸大于等于5nm且小于等于200nm。
18.在一些实施例中，所述第一电极体和所述第二电极体的材质均为金。
19.在一些实施例中，所述二维半导体电致发光装置还包括铬镀层，所述铬镀层设置在所述衬底的厚度方向上位于所述衬底与所述第一电极体之间以及所述衬底与所述第二电极体之间。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例的电极层的结构示意图。
21.图2是本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置的结构示意图。
22.附图标记：
23.衬底1；第一主表面11；
24.电极层2；第一电极体21；第二电极体22；第一连接部23；第二连接部24；
25.介电层3；
26.二维半导体层4；
27.保护层5；
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.下面参考附图描述本实用新型的实施例的二维半导体电致发光装置。
30.如图1-图2所示，根据本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置包括衬底1、电极层2、介电层3、二维半导体层4和保护层5。
31.衬底1包括第一主表面11，第一主表面11位于衬底1的厚度方向(如图2中的上下方向)上的一侧(如图2中的上侧)，也就是说，第一主表面11为衬底1的上表面。
32.如图2所示，电极层2设在第一主表面11上，电极层2包括多个第一电极体21和多个第二电极体22，多个第一电极体21沿衬底1的横向(如图2中的左右方向)间隔布置，多个第二电极体22沿衬底1的横向间隔布置，多个第一电极体21和多个第二电极体22沿衬底1的横向交错布置，相邻的第一电极体21和第二电极体22在衬底1的横向上间隔开，第一电极体21和第二电极体22的极性相反。例如，第一电极体21为正电极，第二电极体22为负电极；或者，第一电极体21为正电极，第二电极体22为负电极。
33.具体地，多个第一电极体21的中的每一者在左右方向上与至少一个第二电极体22相邻，多个第二电极体22的中的每一者在左右方向上与至少一个第一电极体21相邻。也就是说，在左右方向上两个相邻的第一电极体21之间设有一个第二电极体22，在左右方向上两个第二电极体22之间设有一个第一电极体21。因此，在向第一电极体21和第二电极体22施加交变电压时，第一电极体21与相邻的第二电极体22之间产生电场，第二电极体22与相邻的第一电极体21之间产生电场。
34.也就是说，在向第一电极体21和第二电极体22施加交变电压时，多个第一电极体21中的每一者和与其在左右方向上相邻的第二电极体22之间产生电场，多个第二电极体22中的每一者和与其在左右方向上相邻的第一电极体21之间产生电场，且多个第一电极体21和多个第二电极体22在左右方向上交错布置，进而多个第一电极体21和多个第二电极体22之间产生连续的电场，产生的电场能够覆盖二维半导体层4在上下方向上与电极层2对应的区域。
35.二维半导体层4设在电极层2在衬底1的厚度方向上远离衬底1的一侧(如图1中电极层2的上侧)。在此需要说明的是，构成二维半导体层4的可能具有一种或者多种二维半导体材料，例如，二维半导体层4由二硫化钼、二硒化钼和二碲化钼等二维半导体材料中的至少一者构成。其中，二维半导体层4为一种二维半导体材料制备时，二维半导体层4内的二维半导体材料可能具有裂缝，使二维半导体层4不连续；二维半导体层4为多种二维半导体材料制备时，不同种类的二维半导体材料之间具有裂缝，使二维半导体层4不连续。
36.介电层3的至少部分在衬底1的厚度方向上位于二维半导体层4和电极层2之间，以隔开电极层2和二维半导体层4。可以理解的是，介电层3的横截面尺寸大于二维半导体层4的横截面尺寸，也就是说，二维半导体层4的横截面外轮廓位于介电层3的横截面外轮廓内部，进而使介电层3在上下方向上将二维半导体层4和电极层2间隔开，因此保证二维半导体材料不会与第一电极体21以及第二电极体22相接触。
37.保护层5设在二维半导体层4在衬底1的厚度方向远离介电层3的一侧(如图2中的二维半导体层4的上侧)。可以理解的是，在二维半导体层4的上方设置保护层5，进而保护二维半导体层4不会被外力破坏，因此提高了本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置的使用寿命。
38.可以理解的是，在向第一电极体21和第二电极体22施加交变电压时，多个第一电极体21和多个第二电极体22之间产生的电场覆盖二维半导体层4与电极层2对应的区域，使该区域内的二维半导体材料内的电子被电场激发进而使二维半导体材料发光，也就是说，二维半导体层4与电极层2对应区域内的二维半导体材料均能被电场覆盖，当二维半导体层
4内的二维半导体材料具有裂隙时，二维半导体层4与电极层2对应的区域整体均能正常发光；当二维半导体层4由不同的二维半导体材料构成时，该区域内的不同二维半导体材料的电子被电场激发后也能正常发光，因此使二维半导体层4与电极层2对应区域内的二维半导体材料实现整体大面积发光，也就是说，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置的发光效率高。
39.由此，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置具有发光效率高的优点。
40.在一些实施例中，如图1所示，第一电极体21中的每一者的长度方向与衬底1的纵向(如图2中的前后方向)一致，第二电极体22中的每一者的长度方向与衬底1的纵向一致，也就是说，第一电极体21与其相邻的第二电极体22之间相互平行。
41.可以理解的是，相邻的第一电极体21与第二电极体22之间产生的电场的电场强度与第一电极体21与第二电极体22在左右方向上的间隔距离相关联，相邻的第一电极体21与第二电极体22之间的在间隔距离在前后方向上保持一致，进而使相邻的第一电极体21与第二电极体22之间的电场的电场强度在前后方向上保持一致，因此使被电场激发后的二维半导体层4发出光的亮度均匀。
42.在一些实施例中，相邻的第一电极体21和第二电极体22在衬底1的横向上间隔第一预设距离，第一预设距离大于等于100nm且小于等于1000nm，也就是说，相邻的第一电极体21和第二电极体22在左右方向上的间隔距离小，进而使第一电极体21和第二电极体22之间产生的电场的电场强度大，使第一电极体21和第二电极体22产生的电场对二维半导体层4的二维半导体材料的激发效果更好，因此使二维半导体材料发出的光亮度更高。
43.在一些实施例中，如图1所示，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置还包括第一连接部23和第二连接部24，第一连接部23和第二连接部24在衬底1的纵向上相对设置，第一连接部23与多个第一电极体21中的每一者相连，第二连接部24与多个第二连接部24中的每一者相连。
44.具体地，如图2所示，第一连接部23的长度方向与左右方向一致，第一连接部23与多个第一电极体21一体成型，且第一连接部23位于第一电极体21的前端，第二连接部24的长度方向与左右方向一致，第二连接部24与多个第二电极体22一体成型，且第二连接部24位于第二电极体22的后端。
45.可以理解的是，在向多个第一电极体21和多个第二电极体22施加交变电压时，可直接将电源与第一连接部23和第二连接部24连接，进而电源能够通过第一连接部23和第二连接部24向多个第一电极体21和多个第二电极体22施加交变电压，使多个第一电极体21和多个第二电极体22不需要分别与电源相连，因此便于第一电极体21和第二电极体22与电源电连接。
46.在一些实施例中，如图1所示，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置还包括第一叉指电极和第二叉指电极，第一叉指电极包括多个第一指部和第一纵向端部，第二叉指电极包括多个第二指部和第二纵向端部。第一指部形成第一电极体21，第一纵向端部形成第一连接部23；第二指部形成第二电极体22，第二纵向端部形成第二连接部24。
47.也就是说，多个第一指部和多个第二指部在左右方向上交错布置，且相邻的第一指部和第二指部体在左右方向上间隔开，第一指部和第二指部的极性相反。
48.可以理解的是，在向多个第一指部和多个第二指部施加交变电压时，相邻的第一
指部和第二指部之间会产生电场，并且产生的电场能够覆盖二维半导体层4在上下方向上与电极层2对应的区域，使该区域内的二维半导体材料的电子被电场激发后发光，进而使二维半导体层4与电极层2对应的区域内的二维半导体材料实现整体大面积发光。
49.此外，在向多个第一指部和多个第二指部施加交变电压时，可直接将电源与第一连接部23和第二连接部24电连接，进而电源能够通过第一连接部23和第二连接部24向多个第一指部和多个第二指部施加交变电压，进而便于第一指部和第二指部与电源电连接。
50.在一些实施例中，第一电极体21和第二电极体22在衬底1的厚度方向上的尺寸大于等于20nm且小于等于200nm，也就是说，第一电极体21和第二电极体22的高度较小，进而使电极层2的厚度较小。
51.进一步地，第一电极体21和第二电极体22的材质均为金。可以理解的是，金的延展性好，金能够被延展至几十纳米的尺寸，并且不会破坏其自身的结构，因此金适于制备尺寸小的第一电极体21和第二电极体22。此外，金的导电性能好，电阻小，因此第一电极体21和第二电极体22的材质为金使电能消耗减小。
52.在此需要说明的是，第一电极体21和第二电极体22还可以为其他材质，例如：第一电极体21和第二电极体22的材质可以为银；或者，第一电极体21和第二电极体22的材质还可以为铝。
53.进一步地，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置还包括铬镀层，铬镀层设置在衬底1的厚度方向上位于衬底1与第一电极体21之间以及衬底1与第二电极体22之间。可以理解的是，衬底1与第一电极体21之间以及衬底1与第二电极体22之间设置铬镀层能够使第一电极体21和第二电极体22更加牢固的连接在衬底1上，因此增强了第一电极体21和第二电极体22的附着性。
54.此外，介电层3在衬底1的厚度方向上的尺寸大于等于20nm且小于等于200nm，保护层5在衬底1的厚度方向上的尺寸大于等于5nm且小于等于200nm。
55.可以理解的是，本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置的电极层2、保护层5和介电层3的厚度的总和小于600nm，且二维半导体层4的厚度仅为一个或几个原子层的厚度，进而本实用新型实施例的二维半导体电致发光装置的厚度尺寸小，适用于体积小或精密的装置。
56.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是
机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
59.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
60.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。