專利名稱：：一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電子半導(dǎo)體元器件
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件。發(fā)光顏色受電壓調(diào)控的無(wú)機(jī)電致發(fā)光器件(electroluminescentdevice)0
背景技術(shù)：
：光電器件在我們的生活中隨處可見，如存儲(chǔ)器件、發(fā)光器件、太陽(yáng)能電池器件等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，光電器件的多功能化、實(shí)用性、便攜性等都在不斷的提高。其中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用，為了滿足應(yīng)用要求，這類設(shè)備不但要具有小體積、大容量存儲(chǔ)的能力，也要具有低功耗、低成本和高可靠性。作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的重要成員，一次寫入多次讀取的數(shù)字存儲(chǔ)器件(WORM)在很多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。這類存儲(chǔ)器件最大的特點(diǎn)是，通過(guò)這種技術(shù)存儲(chǔ)在介質(zhì)中的數(shù)據(jù)將不會(huì)因各種意外而丟失或被修改，這就保證了對(duì)一些重要的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)的需求。正因?yàn)槿绱?，WORM技術(shù)在各種傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器領(lǐng)域都已經(jīng)得到了比較廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)制作工藝簡(jiǎn)單、低成本、大容量的存儲(chǔ)器件，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研人員一直試圖利用簡(jiǎn)單的夾層結(jié)構(gòu)(三明治結(jié)構(gòu))來(lái)實(shí)現(xiàn)一次寫入多次讀取的電信號(hào)存儲(chǔ)。2001年美國(guó)的Yang研究小組率先研制出了三明治結(jié)構(gòu)的高性能的有機(jī)電雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)器(Y.Yang,L.P.Ma,andJ.Liu,U.S.Patent,U.S.01/172062001)。在2002年Yang研究小組嘗試著把發(fā)光器件和存儲(chǔ)器件合為一體，提出了有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)發(fā)光器件(organicbistablelight-emittingdevices)，這類器件具有存儲(chǔ)和發(fā)光雙重功能。有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)發(fā)光器件這些特性使其在數(shù)字存儲(chǔ)，可視電子書，以及可記錄的電子紙等方面有很好的應(yīng)用。但是其制備的器件只是將有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)器件和有機(jī)發(fā)光器件簡(jiǎn)單的優(yōu)化組合，因而器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且有機(jī)器件的不穩(wěn)定性、壽命等問(wèn)題還沒(méi)得到很好的解決。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，可以實(shí)現(xiàn)制備工藝簡(jiǎn)單、小體積、大容量的一次寫入多次讀取的存儲(chǔ)功能且具有低壓直流驅(qū)動(dòng)發(fā)光特性。本發(fā)明的技術(shù)方案一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，包括透明襯底、第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層并依次構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)，其中第一導(dǎo)電層為由金屬氧化物制備的透明電極，無(wú)機(jī)功能層為單層結(jié)構(gòu)并由無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料制備，第二導(dǎo)電層為功函數(shù)較低的金屬且第二導(dǎo)電層的功函數(shù)與無(wú)機(jī)發(fā)光層的能級(jí)相匹配，第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。所述透明襯底為玻璃或柔性聚酰亞胺基板。所述第一導(dǎo)電層為氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化鋅鋁(AZO)或氧化鋅鎵(GZ0)。所述無(wú)機(jī)功能層為SiO、ZnS,NiO,ZnSe,ZnSexS1^x、CdS或Cdx^vxS量子點(diǎn)。所述第二導(dǎo)電層材料為鋰(Li)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋁(Al)和銦(In)中的一種及其與銅(Cu)、金(Au)或銀(Ag)組成的任意比例的合金。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有存儲(chǔ)發(fā)光雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件可以通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電壓寫入讀取數(shù)據(jù)并控制器件的發(fā)光，實(shí)現(xiàn)器件的存儲(chǔ)和發(fā)光雙重功能；并且器件的無(wú)機(jī)功能層是通過(guò)旋涂或印刷工藝制備，所以大大簡(jiǎn)化了制備工藝，降低了制備成本。圖1是該無(wú)機(jī)光電器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是該無(wú)機(jī)光電器件發(fā)生電流突變時(shí)的電壓-電流特性曲線，其中χ軸表示器件所受電壓(單位V)，y軸表示器件的響應(yīng)電流(單位為安培，對(duì)數(shù)顯示)。圖3是該無(wú)機(jī)光電器件在空氣中的存儲(chǔ)穩(wěn)定性測(cè)試曲線。圖4是該無(wú)機(jī)光電器件的存儲(chǔ)特性的原理示意圖。圖5是該無(wú)機(jī)光電器件的電致發(fā)光光譜圖，插圖為器件發(fā)光照片。圖6是該無(wú)機(jī)光電器件的無(wú)機(jī)功能層的SEM圖像，此圖為ZnS量子點(diǎn)在ITO玻璃上的亞微米薄膜。具體實(shí)施例方式一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，如圖1所示，包括透明襯底、第一導(dǎo)電層(陽(yáng)極)、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層(陰極)并依次構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)，其中第一導(dǎo)電層為由金屬氧化物制備的透明電極，無(wú)機(jī)功能層為單層結(jié)構(gòu)并由無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料制備，第二導(dǎo)電層為功函數(shù)較低的金屬且第二導(dǎo)電層的功函數(shù)與無(wú)機(jī)發(fā)光層的能級(jí)相匹配，第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。以下通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明該無(wú)機(jī)光電器件的制備方法，整個(gè)制備過(guò)程均在凈化車間實(shí)施。實(shí)施例1一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件的制備方法，步驟如下1)在透明玻璃襯底上形成方塊電阻為20Ω/□、膜厚為150nm的P型ITO電極即為第一導(dǎo)電層，用洗潔精、去離子水、丙酮、異丙醇分別對(duì)ITO電極進(jìn)行超聲清洗，至少重復(fù)兩次，以去除吸附在其表面的灰塵、有機(jī)物和雜質(zhì)顆粒，然后放在真空干燥箱內(nèi)烘干，干燥時(shí)間為30分鐘，干燥溫度為100°C，再用氧等離子體處理ITO表面，以提高其功函數(shù)；2)以ZnS量子點(diǎn)材料為無(wú)機(jī)功能層，ZnS量子點(diǎn)直徑為2nm，首先將ZnS量子點(diǎn)分別用去離子水、甲醇超聲洗劑3次，然后分散在甲醇溶劑中，形成lwt%的ZnS量子點(diǎn)的甲醇溶液。用勻膠機(jī)在處理好的第一導(dǎo)電層ITO上，制備無(wú)機(jī)功能層ZnS量子點(diǎn)亞微米薄膜，轉(zhuǎn)速為400rpm、旋涂時(shí)間為4秒，然后在真空干燥箱內(nèi)干燥，烘干溫度為140°C，烘干時(shí)間為60分鐘，以去除多余溶劑，形成致密薄膜，根據(jù)所使用的溶劑選擇優(yōu)化烘干時(shí)間和烘干溫度，這里，烘干溫度優(yōu)選140°C，所制備無(wú)機(jī)功能層薄膜形貌特征如圖6所示；3)制備第二導(dǎo)電層，所選取導(dǎo)電層的功函數(shù)要與無(wú)機(jī)發(fā)光層的能級(jí)相匹配，這樣可以提高器件的開啟電壓和發(fā)光效率等各方面的性能，該實(shí)施例以鋁為第二導(dǎo)電層，用真空熱蒸發(fā)法制備，在9E10_4的真空下，以1.5埃每秒的速率蒸鍍。實(shí)施例2:一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件的制備方法，步驟與實(shí)施例1基本相同，僅將不同之處說(shuō)明如下1)以透明的柔性聚酰亞胺基板為襯底，以方塊電阻為20Ω/□、膜厚為200nm的P型AZO電極即為第一導(dǎo)電層；2)以ZnO量子點(diǎn)作為無(wú)機(jī)功能層，分散溶劑為氯仿，制膜時(shí)的轉(zhuǎn)速為600rpm，旋涂時(shí)間為6秒鐘，烘干溫度為120°C，烘干時(shí)間為60分鐘；3)以銀鋰合金為第二導(dǎo)電層。實(shí)施例3一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件的制備方法，步驟與實(shí)施例1基本相同，僅將不同之處說(shuō)明如下1)以透明玻璃為襯底，以方塊電阻為15Ω/□、膜厚為150nm的P型GZO電極即為第一導(dǎo)電層；2)以NiO量子點(diǎn)作為無(wú)機(jī)功能層，分散溶劑為甲苯，制膜時(shí)的轉(zhuǎn)速為SOOrpm，旋涂時(shí)間為6秒鐘，烘干溫度為120°C，烘干時(shí)間為40分鐘；3)以鎢銅合金為第二導(dǎo)電層。實(shí)施例4一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件的制備方法，步驟與實(shí)施例1基本相同，僅將不同之處說(shuō)明如下1)以透明玻璃為襯底，以方塊電阻為20Ω/□、膜厚為150nm的P型ITO電極即為第一導(dǎo)電層；2)以CcKe量子點(diǎn)作為無(wú)機(jī)功能層，分散溶劑為氯仿，制膜時(shí)的轉(zhuǎn)速為800rpm，旋涂時(shí)間為6秒鐘，烘干溫度為120°C，烘干時(shí)間為60分鐘；3)以金屬鎂為第二導(dǎo)電層。以下對(duì)實(shí)施例1制備的無(wú)機(jī)光電器件進(jìn)行性能測(cè)試首先利用電腦控制的KeithleyMOO電壓源和熒光光譜儀(型號(hào)JobinYvonHR320spectrometer)分別進(jìn)行I-V特性和發(fā)光特性測(cè)試，圖2給出了該器件發(fā)生電流突變時(shí)的電流-電壓特性曲線，電壓掃描方式為0V—5V—-5V—5V。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用雙對(duì)數(shù)擬合以后我們可以看到，該器件在相同的電壓下表現(xiàn)了兩個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)，分別為高電流狀態(tài)(0N態(tài))和低電流狀態(tài)(OFF態(tài))，開關(guān)電流比可以達(dá)到IO3倍左右。當(dāng)器件從OFF態(tài)變成ON態(tài)以后，器件在正反向掃描電壓5V到-5V作用下，任然保持在ON態(tài)，這表明其具有永久性存儲(chǔ)功能。其工作原理如圖4所示，當(dāng)對(duì)器件應(yīng)用正向電壓時(shí)，電子由Al電極注入，由于ZnS亞微米薄膜中存在很多的點(diǎn)缺陷，如硫空位，鋅間隙等，這些點(diǎn)缺陷會(huì)隨機(jī)的俘獲電子，如圖4(a)所示。如圖4(b)所示，當(dāng)外加電壓達(dá)到一定值時(shí)，俘獲電子的點(diǎn)缺陷會(huì)組成一個(gè)或多個(gè)電流通道，致使器件的電流有個(gè)迅速的增加，這是器件有OFF態(tài)轉(zhuǎn)變成ON態(tài)。分析測(cè)試結(jié)果表明所制備的ZnS納米顆粒薄膜無(wú)機(jī)光電器件在外加電壓作用下表現(xiàn)出很明顯的雙穩(wěn)態(tài)特性。對(duì)該無(wú)機(jī)光電器件進(jìn)行發(fā)光特性檢測(cè)，圖5是該器件的電致發(fā)光光譜圖，插圖為器件發(fā)光照片。從圖5中的插圖器件發(fā)光的照片可以看出器件發(fā)的光為藍(lán)綠光。這樣，本發(fā)明無(wú)機(jī)光電器件的實(shí)施例一中的器件既實(shí)現(xiàn)了寫一次讀多次的存儲(chǔ)特性，又表現(xiàn)出了一定的電致發(fā)光特性。對(duì)該無(wú)機(jī)光電器件進(jìn)行穩(wěn)定性檢測(cè)，圖3是該器件在空氣中的存儲(chǔ)穩(wěn)定性測(cè)試曲線，其為在0.7V電壓下的開、關(guān)電流與時(shí)間關(guān)系特性。圖中表明在空氣中維持時(shí)間超過(guò)10，000秒的情況下，開關(guān)電流并沒(méi)有顯示出明顯的退化，表明該器件有很好的存儲(chǔ)性能，表現(xiàn)了很好的穩(wěn)定性。權(quán)利要求1.一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，其特征在于包括透明襯底、第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層并依次構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)，其中第一導(dǎo)電層為由金屬氧化物制備的透明電極，無(wú)機(jī)功能層為單層結(jié)構(gòu)并由無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料制備，第二導(dǎo)電層為功函數(shù)較低的金屬且第二導(dǎo)電層的功函數(shù)與無(wú)機(jī)發(fā)光層的能級(jí)相匹配，第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，其特征在于所述透明襯底為玻璃或柔性聚酰亞胺基板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，其特征在于所述第一導(dǎo)電層為氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化鋅鋁(AZO)或氧化鋅鎵(GZ0)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，其特征在于所述無(wú)機(jī)功能層為&i0、ZnS,NiO,ZnSe,ZnSexS1^x、CdS或Cdx^vxS量子點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，其特征在于所述第二導(dǎo)電層材料為鋰(Li)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋁(Al)和銦(In)中的一種及其與銅(Cu)、金(Au)或銀(Ag)組成的任意比例的合金。全文摘要一種具有發(fā)光和存儲(chǔ)雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件，包括透明襯底、第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層并依次構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)，其中第一導(dǎo)電層為由金屬氧化物制備的透明電極，無(wú)機(jī)功能層為單層結(jié)構(gòu)并由無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料制備，第二導(dǎo)電層為功函數(shù)較低的金屬且第二導(dǎo)電層的功函數(shù)與無(wú)機(jī)發(fā)光層的能級(jí)相匹配，第一導(dǎo)電層、無(wú)機(jī)功能層和第二導(dǎo)電層構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有存儲(chǔ)發(fā)光雙重功能的無(wú)機(jī)光電器件可以通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電壓寫入讀取數(shù)據(jù)并控制器件的發(fā)光，實(shí)現(xiàn)器件的存儲(chǔ)和發(fā)光雙重功能；并且器件的無(wú)機(jī)功能層是通過(guò)旋涂或印刷工藝制備，所以大大簡(jiǎn)化了制備工藝，降低了制備成本。文檔編號(hào)H01L33/00GK102244166SQ201110211599公開日2011年11月16日申請(qǐng)日期2011年7月27日優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日發(fā)明者吳燕宇,宣榮衛(wèi),張曉松,徐建萍,李嵐,李美惠,李萍,牛喜平,羅程遠(yuǎn)申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)