高效率有机发光晶体管的研究

有机发光晶体管（OLET）集晶体管的开关功能和发光二极管的发光功能于一身，其平面结构决定了器件比OLED能够实现更高的发光量子效率，这也成就了OLET在微显示、有机电泵激光和固体照明等领域广泛的应用潜力。但实际研究中OLET的效率普遍很低，同时面临工作电压高的问题。本项目中我们通过引入功能层不仅实现电子空穴分别注入而且大大提高载流子注入数量，通过半导体/绝缘层界面研究改进工艺提高载流子在沟道内的传输达到沟道内载流子平衡，不仅降低OLET的工作电压、提高载流子场效应迁移率，而且增加了电子空穴复合减少了激子淬灭，最终大幅度提高OLET的发光效率；通过对电势和载流子分布模拟计算，结合载流子注入、传输和复合发光理论，深入了解双极性OLET工作机制，在此基础上形成OLET材料结构匹配的基本准则。

本项目中为实现高效发光晶体管(OLET)的设计和制备，主要从降低工作电压、提高载流子注入、平衡载流子传输方面着手开展研究工作。首先优化绝缘层制备工艺， PVP/PMMA两次旋涂工艺以及紫外臭氧处理蒸镀的Al实现的Al2O3/PMMA双绝缘层工艺有效的降低了晶体管的的阈值电压和工作电压低。设计三层半导体层组成的双异质结结构双极性晶体管，通过对其特性的研究分析证明了电子和空穴传输沟道可分离并确定了各自位置，为实现电子空穴分别注入传输的OLET器件结构的设计提供了理论基础。参考PIN结构OLED，设计制备了PIN发光单元作为有源层的OLET器件，器件发光量子效率约为8%，接近同结构OLED；为提高载流子注入和平衡达到发光层的电子和空穴，在器件绝缘层与有源层间引入电荷产生层，电荷产生层的引入，使器件的发光量子效率提高至11%。通过对比分析不同结构器件的发光特性，探讨了OLET的基本工作机制。在此基础上，提出了新型器件结构。基于新型结构OLET的研究将有利于深入了解器件的工作机制。