一种高亮度多色彩的有机发光场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种有机场效应晶体管及其制备方法，具体涉及一种使用不对称源漏 电极的平面结构的有机发光场效应晶体管及其制备方法，属于有机固体电子器件领域。
【背景技术】
[0002] 有机光电子器件由于材料来源广泛、可低温加工、与柔性衬底兼容、以及成本低 等优点受到了研究人员的广泛重视，从而使得有机发光二级管（organiclight-emitting diodes,OLEDs)、有机场效应晶体管（organicfield-effecttransistors,OFETs)、有机 太阳能电池（organicphotovoltaic,OPVs)、有机存储器（organicmemories)、传感器 (sensors)等有机光电子器件的性能得到迅猛的发展。近年来，一类新型的有机光电子器 件--有机发光场效应晶体管（OLETs)--同时集成了OFETs的开关和OLEDs的发光功能， 在光通讯领域、平板显示、固体照明以及激光领域展现出巨大的应用前景。
[0003] 有机发光场效应晶体管的发光原理可简述为：在栅压和源漏电压的作用下，空穴 和电子分别从源极和漏极注入到有机发光材料中，在发光材料中扩散的载流子相遇形成激 子。随后，形成的激子一部分发生复合，在器件的沟道内辐射发光。
[0004] 有机发光场效应晶体管包括单极型有机发光场效应晶体管和双极型有机发光场 效应晶体管，其中单极型发光晶体管缺陷在于载流子注入不平衡，发光效率低下。双极型发 光晶体的沟道可以同时传输空穴和电子，其发光效率远高于单极型发光晶体管。双极型有 机发光场效应晶体管包括双极型材料有机发光场效应晶体管和异质结型有机发光场效应 晶体管两种类型。双极型材料是指该材料既是N型材料又是P型材料，用其制备的有机发 光场效应晶体管以结构简单、发光效率高等优点越来越受关注，双极型材料有机发光场效 应晶体管可以实现双极性传输，即可以通过调节栅电压和源漏电压来控制空穴和电子在沟 道中的传输，空穴和电子在沟道中相遇复合形成激子而发光。然而，目前所报道的双极型材 料有机发光场效应晶体管只能在钝性气体或真空中工作，这大大的限制了它的实际应用。
[0005]PN异质结发光晶体管的有机层是由一种N型材料和一种P型材料进行复合形成 的，可以实现电子和空穴同时在沟道内传播。根据复合的方式其结构可以分为体异质结和 层异质结两种，体异质结结构的有机层是同时混合蒸镀N型和P型材料，到目前为止，对体 异质结的相关报道比较少，这主要是因为体异质结性能一般较差。层异质结的有机层是分 别蒸镀一层N型和一层P型材料。然而上述异质结的材料一般在空气中都不稳定，受到材 料的限制有机发光场效应晶体管只能在惰性气体或真空中工作。
[0006]目前所报道的文献中，有机发光场效应晶体管的源漏电极一般采用同种材料，例 如Weise等人关于 "Light-EmittingField-EffectTransistorBasedonaTetracene ThinFilm"一文中的论述（HeppA,HeilH,ffeiseff,etal.Light-EmittingField-Effect TransistorBasedonaTetraceneThinFilm,Phys.Rev.Lett, 2003,91:157406)。源 漏电极使用同种材料导致电子和空穴两者中只能有一者能实现良好的注入，导致两种载 流子的注入和传输不平衡，电子空穴在沟道中无法充分地相遇、复合，从而降低了器件 的发光效率。为了解决载流子注入不平衡的问题，有文献报道使用激光蚀刻制备不对称 电极，如TaishiTakenobu.等人在"CnfinementStructureandEurrent-Coxtremely HighCurrentDensityinOrganicLight-EmittingTransistors" 在一文只用激光 蚀刻方法制备不对称电极（KosukeSawabe，MasakiImakawa，MasakiNakano,Takeshi Yamao,ShuHotta，YoshihiroIwasa,andTaishiTakenobu.CnfinementStructureand Eurrent-CoxtremelyHighCurrentDensityinOrganicLight-EmittingTransistors. Adv.Mater. 2012, 24, 6141 - 6146.h倾斜蒸镀也是一种不对称电极制备方法，如Alan J.Heeger等人在"Lightemissionfromanambipolarsemiconductingpolymer field-effecttransistor"一文中已经使用该方法（JamesS.Swensen,CesareSoci,Alan J.Heeger.Lightemissionfromanambipolarsemiconductingpolymerfield-effect transistor.APPLIEDPHYSICSLETTERS87, 2535112005.)。使用上述方法制备不对称电极 以实现电子和空穴的平衡注入，但是上述不对称电极的制备方法需要控制条件较多，工艺 较复杂。
【发明内容】
[0007] 发明目的：
[0008] 为了解决上述机发光场效应晶体管不稳定，本发明发光场效应晶体管的有机半导 体层使用PN异质结结构，该PN异质结结构在空气中性能稳定的空穴传输层隔绝了对空气 敏感的电子传输层与空气的接触，使器件可以在空气中进行正常的工作。同时本发明使用 不对称掩膜板，采用普通的真空蒸镀的方法制备不对称电极，能够有效地简化工艺。
[0009] 技术方案：一种高亮度多色彩的有机发光场效应晶体管，所述晶体管的结构由上 而下依次是：分别使用高功函数金属和低功函数金属的不对称源漏电极、有机半导体层、 绝缘层、硅衬底，所述有机半导体层包括空穴传输层、电子传输层；所述电子传输层材料为 N-材料，空穴传输层材料为P-材料，空穴传输层与电子传输层搭配组成PN结。器件结构图 示意图如图1所示。所述的有机发光场效应晶体管，优选所述高功函数金属电极为银、锂、 钙或镁电极，所述低功函数金属电极为铜或金电极。
[0010] 所述的有机发光场效应晶体管，优选所述空穴传输层材料选自并五苯、DH4T、DH6T 中任一。
[0011] 所述的有机发光场效应晶体管，优选所述电子传输层材料为P13。
[0012] -种高亮度多色彩的有机发光场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：S1.基 片的处理，包括基片的清洗，绝缘层的制备与修饰；
[0013] S2.有机半导体层的蒸镀，其中，N型电子传输材料首先蒸镀，其后蒸镀P型空穴传 输材料；
[0014] S3.蒸镀电极，首先使用不对称掩膜板蒸镀一边的电极，随后，更换掩膜板，使用另 一种金属蒸镀另一边电极。
[0015] 上述电子传输材与空穴传输材料蒸镀成PN结，电子传输材料处于PN结下层，空穴 传输材料处于PN结上层。
[0016] 进一步，所述的高亮度多色彩的有机发光场效应晶体管的制备方法，步骤S1.中 具体操作为：依次用丙酮、乙醇、去离子水超声8-12min清洗，清洗干净之后，用氮气将基片 表面水分吹干；随后，放入温度为100-130 °C的烘箱中烘干；最后旋涂有机绝缘层，随后在 80-100°C的烘箱中烘干。
[0017] 进一步，所述的高亮度多色彩的有机发光场效应晶体管的制备方法，步骤S2.中 电子传输材料蒸镀厚度控制为15_30nm，蒸镀速率控制在0.2-0.4A/S;空穴传输材料蒸镀厚 度控制为20-30nm，蒸镀速率控制在0.5-0.7A/S。
[0018] 进一步，所述的尚壳度多色彩的有机发光场效应晶体管的制备方法：步骤S3.的 具体操作如下：P型空穴传输材料层上覆盖不对称电极掩膜板，蒸镀高功函数金属，保持蒸 镀速率稳定，蒸镀腔内气压保持负压；更换不对称电极掩膜板，蒸镀低功函数金属，保持稳 定的蒸镀速率，蒸镀腔内气压保持负压。
[0019] 进一步，所述的高亮度多色彩的有机发光场效应晶体管的制备方法，步骤S3.中 电极的蒸镀厚度为15_40nm。
[0020] 进一步，所述的有机发光场效应晶体管的制备方法中，所述蒸镀空穴传输层材料 选自并五苯、DH4T、DH6T中任一。
[0021] 进一步，所述的有机发光场效应晶体管的制备方法中，所述蒸镀电子传输层材料 为P13〇
[0022] 上述有机发光场效应晶体管的发光位置为半导体层的沟道内或源漏电极周围。在 制备过程中改变电极的金属种类，以实现不同色彩的光发射。本发明的半导体层采用PN结 层异质结结构，在蒸镀过程中首先蒸镀n-材料，其后蒸镀p-材料，使用稳定的p-材料隔绝 空气与对空气敏感的n-材料的接触，保证器件对空气的稳定性。使用不对称掩膜板，使用 普通的真空蒸镀方式，蒸镀不对称电极，源漏电极分别采用高功函数和低功函数金属，可以 同时实现电子和空穴的良好注入，从而可以得到高性能高亮度的有机发光场效应晶体管。
[0023] 有益效果：
[0024] 本发明采用不对称电极，源漏电极分别采用高功函数和低功函数金属，可以同时 实现电子和空穴的良好注入，有效地改善电子空穴的注入，增加电子空穴的相遇、复合几 率，从而可以