本發(fā)明屬于顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，量子點發(fā)光二極管(QLED)因具備高亮度、低功耗、廣色域、易加工等諸多優(yōu)點在照明和顯示領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注與研究。相對比有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)，在同等畫質(zhì)下，QLED的節(jié)能性有望達(dá)到OLED的兩倍，發(fā)光率將提升30％至40％。同時，QLED具有啟亮電壓低、光致發(fā)光光譜半高寬窄、發(fā)光波長與顏色可通過量子點顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)和低成本溶液法制備等優(yōu)點，在固態(tài)照明和顯示領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。另外在微電子技術(shù)的發(fā)展背景下，場效應(yīng)晶體管(FET)是目前現(xiàn)代微電子學(xué)中應(yīng)用最廣泛的器件之一。目前已有文獻(xiàn)報道將FET與有機(jī)發(fā)光器件集成，使FET用于平板顯示的驅(qū)動單元，通過晶體管柵壓控制源漏電流控制器件發(fā)光。

高性能發(fā)光場效應(yīng)晶體管要求柵絕緣層具有良好的絕緣性能和電容性能，及較優(yōu)的器件結(jié)構(gòu)和性能，代表器件為有機(jī)發(fā)光場效應(yīng)晶體管(OFET)。OFET主流的制備技術(shù)包括以熱蒸鍍和濺射為代表的真空鍍膜技術(shù)，其具有成膜均勻性高、厚度可控及相對具備較高場效應(yīng)遷移率等優(yōu)點，缺點在于儀器設(shè)備復(fù)雜，成本較高，不利于大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。傳統(tǒng)發(fā)光場效應(yīng)晶體管器件發(fā)射光由ITO和玻璃基板射出，由此將導(dǎo)致大部分光經(jīng)過ITO/玻璃基板界面損失。因此，有必提供一種發(fā)光效率高、顯示效果好、成本低、可批量化生產(chǎn)的場效應(yīng)晶體管。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，旨在解決現(xiàn)有的場效應(yīng)晶體管儀器設(shè)備復(fù)雜、成本高、發(fā)光效率低、不利于工業(yè)化生產(chǎn)的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元和用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元，

所述電容單元為硅基FET，包括依次層疊設(shè)置的第一電極、絕緣層和第二電極；

所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件，包括所述第二電極、量子點發(fā)光層和透明頂電極，

其中，所述第一電極設(shè)置在硅基襯底上；或所述第一電極為硅基襯底。

相應(yīng)的，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

提供硅基襯底；

在所述硅基襯底上依次沉積第一電極、絕緣層和第二電極，所述第一電極、絕緣層和第二電極形成電容單元；

在所述第二電極上依次沉積量子點發(fā)光層、透明頂電極，所述第二電極、量子點發(fā)光層和所述透明頂電極形成頂發(fā)射量子點發(fā)光器件；

其中，所述絕緣層、所述量子點發(fā)光層均采用溶液加工法制備獲得。

以及，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

提供硅基襯底；

將所述硅基襯底置于氧氣環(huán)境中退火處理，使其表面形成硅氧化物層；

在所述硅氧化物層上依次沉第二電極，所述硅基襯底、硅氧化物層和第二電極形成電容單元；

在所述第二電極上依次沉積量子點發(fā)光層、透明頂電極，所述第二電極、量子點發(fā)光層和所述透明頂電極形成頂發(fā)射量子點發(fā)光器件；

其中，所述量子點發(fā)光層采用溶液加工法制備獲得。

采用頂發(fā)射器件(TLED：Top emitting LED)可將發(fā)射光通過透明電極直接射出，可極大程度改善器件性能。由于頂發(fā)射器件要求光路的單通性，因此可采用硅基等不透明襯底，并充分結(jié)合利用硅基襯底低成本、高集成度等優(yōu)勢。

本發(fā)明提供的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，一方面，相較于底發(fā)射型器件，量子點發(fā)光層的發(fā)射光不經(jīng)底部玻璃襯底出射，而是直接通過所述透明頂電極從頂部出射，提高了發(fā)光單元量子點發(fā)光器件沿器件方向的出射光的出光效率，適于用作電腦、移動設(shè)備顯示屏；另一方面，本發(fā)明采用硅基襯底作為基板或第一電極，有利于提高電路的集成度，同時降低生產(chǎn)成本，更適用于具有較大開口率和更為復(fù)雜的電路設(shè)計要求的主動驅(qū)動發(fā)光器件。此外，本發(fā)明采用量子點發(fā)光器件作為場效應(yīng)晶體管的驅(qū)動發(fā)光層，具有低功耗、廣色域和易加工的優(yōu)點。

本發(fā)明提供的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法，采用溶液加工發(fā)制備除電極外的各功能層，不僅工藝簡單易控，而且適用于商業(yè)化批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的第一電極設(shè)置在硅基襯底上、第一電極為陽極的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的第一電極設(shè)置在硅基襯底上、第一電極為陰極的極頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的第一電極為P型硅基襯底的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的第一電極為N型硅基襯底的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

結(jié)合圖1-4，本發(fā)明實施了提供了頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元和用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元，

所述電容單元為硅基FET，包括依次層疊設(shè)置的第一電極1、絕緣層2和第二電極3；

所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件，包括所述第二電極3、量子點發(fā)光層5和透明頂電極7，

其中，所述第一電極1設(shè)置在硅基襯底0上；或所述第一電極1為硅基襯底。

具體的，本發(fā)明實施例所述頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元和用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元。其中，所述電容單元為硅基FET，所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件。頂發(fā)射的發(fā)光設(shè)計，可以有效提高量子點發(fā)光器件的發(fā)光效率，從而使得量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管適用于電腦、移動設(shè)備等顯示屏用途。進(jìn)一步的，由于頂發(fā)射器件要求光路的單通性，本發(fā)明實施例可采用硅基不透明襯底，不僅有利于保證光路的單通性，而且具有低成本、高集成度等優(yōu)勢。

本發(fā)明實施例所述第一電極1設(shè)置在硅基襯底0上；或所述第一電極1為硅基襯底，有利于提高電路的集成度，同時降低生產(chǎn)成本，更適用于具有較大開口率和更為復(fù)雜的電路設(shè)計要求的主動驅(qū)動發(fā)光器件。

優(yōu)選的，為了平衡載流子效率，提高載流子遷移率，所述發(fā)光單元還包括空穴注入層(圖中未標(biāo)出)、空穴傳輸層6、電子注入層(圖中未標(biāo)出)、電子傳輸層4中的至少一層。進(jìn)一步的，所述空穴注入層、空穴傳輸層6、量子點發(fā)光層5、電子注入層和電子傳輸層4均采用溶液加工法制備獲得，所述溶液加工法包括但不限于旋涂。采用全溶液法制備的量子點發(fā)光器件，具有工藝簡單、易于操作控制的優(yōu)點，可是用于商業(yè)化批量生產(chǎn)。

作為本發(fā)明實施例的第一種情況，所述第一電極1設(shè)置在硅基襯底0上。此時，所述絕緣層2為介電材料。其中，所述介電材料為透明介電材料或非透明介電材料，優(yōu)選的，所述透明介電材料包括PMMA、聚酰亞胺中的至少一種，所述非透明介電材料包括BaTiO₃/PVDF復(fù)合漿料。優(yōu)選的所述介電材料，具有良好的絕緣性能和電容性能，有利于提高頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的整體性能。當(dāng)然，不限于此。進(jìn)一步的，所述BaTiO₃/PVDF復(fù)合漿料優(yōu)選為固含量體積百分含量≤60％的復(fù)合漿料。該優(yōu)選的介質(zhì)材料制備的絕緣層2，具有更好的絕緣性能和電容性能，更有利于晶體管性能的優(yōu)化。

根據(jù)電極設(shè)置的不同，本發(fā)明實施例的第一種情況可以分為兩種具體情形。

如圖1所示，作為一個具體實施例，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元、用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元和硅基襯底0，

所述電容單元為硅基FET，包括依次層疊設(shè)置在所述硅基襯底0上的第一電極1、絕緣層2和第二電極3；

所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件，包括依次層疊設(shè)置的第二電極3、電子傳輸層4、量子點發(fā)光層5、空穴傳輸層6和透明頂電極7，

其中，所述絕緣層2為介電材料，所述第一電極1為陽極，所述第二電極3為陰極，所述透明頂電極7為陽極。

如圖2所示，作為一個具體實施例，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元、用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元和硅基襯底0，

所述電容單元為硅基FET，包括依次層疊設(shè)置在所述硅基襯底0上的第一電極1、絕緣層2和第二電極3；

所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件，包括依次層疊設(shè)置的第二電極3、空穴傳輸層6、量子點發(fā)光層5、電子傳輸層4和透明頂電極7，

其中，所述絕緣層2為介電材料，所述第一電極1為陰極，所述第二電極3為陽極，所述透明頂電極7為陰極。

上述實施例中，所述第一電極1為所述硅基FET的柵極，所述第二電極3同時為所述硅基FET的源極和所述頂發(fā)射量子點發(fā)光器件的底電極，所述透明頂電極7同時作為所述硅基FET的漏極。

作為本發(fā)明實施例的第二種情況，所述第一電極1為硅基襯底。此時，優(yōu)選的，所述絕緣層2為硅氧化物。所述硅氧化物可以通過直接對所述硅基襯底進(jìn)行表面處理得到，不僅方法簡單可靠，而且由此得到的薄膜均勻穩(wěn)定，絕緣性能和電容性能較好。具體的，將所述硅基襯底在氧氣環(huán)境中進(jìn)行退火處理，在其表面形成一層硅氧化物層作為絕緣層2。

根據(jù)電極設(shè)置的不同，本發(fā)明實施例的第二種情況可以分為兩種具體情形。

如圖3所示，作為一個具體實施例，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元和用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元，

所述電容單元為硅基FET，包括依次層疊設(shè)置在所述硅基襯底上的第一電極1、絕緣層2和第二電極3；

所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件，包括依次層疊設(shè)置的第二電極3、電子傳輸層4、量子點發(fā)光層5、空穴傳輸層6和透明頂電極7，

其中，所述第一電極1為P型硅基襯底，所述絕緣層2為硅氧化物，且所述第一電極1為陽極，所述第二電極3為陰極，所述透明頂電極7為陽極。

本實施例中，所述P型硅基襯底作為所述硅基FET的柵極，與正極電連接。所述第二電極3同時作為所述硅基FET的源極和所述頂發(fā)射量子點發(fā)光器件的底電極，所述透明頂電極7同時作為所述硅基FET的漏極。

如圖4所示，作為一個具體實施例，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，包括從上往下依次設(shè)置的發(fā)光單元和用于控制所述發(fā)光單元電流的電容單元，

所述電容單元為硅基FET，包括依次層疊設(shè)置在所述硅基襯底上的第一電極1、絕緣層2和第二電極3；

所述發(fā)光單元為頂發(fā)射量子點發(fā)光器件，包括依次層疊設(shè)置的第二電極3、空穴傳輸層6、量子點發(fā)光層5、電子傳輸層4和透明頂電極7，

其中，所述第一電極1為N型硅基襯底，所述絕緣層2為硅氧化物，且所述第一電極1為陰極，所述第二電極3為陽極，所述透明頂電極7為陰極。

本實施例中，所述N型硅基襯底作為所述硅基FET的柵極，與陰極電連接。所述第二電極3同時作為所述硅基FET的源極和所述頂發(fā)射量子點發(fā)光器件的底電極，所述透明頂電極7同時作為所述硅基FET的漏極。

具體的，所述第一電極1為陽極時，可選擇高功函數(shù)材料，包括但不限于Au、Pt及其合金材料；所述第一電極1為陰極時，可選擇低功函數(shù)材料，包括但不限于鋁、銀等。

所述第二電極3同時作為所述硅基FET的源極和所述頂發(fā)射量子點發(fā)光器件的底電極，當(dāng)所述第二電極3為陽極時，選擇高功函數(shù)材料，包括但不限于Au、Pt、部分合金材料；所述第二電極3為陰極時，可以選擇具有良好光反射性能的金屬材料，包括但不限于鋁、銀；也可以選擇低功函數(shù)材料，包括但不限于鋁、鈣、鎳。所述第二電極3的厚度優(yōu)選為80-100nm。

所述電子傳輸層4和所述電子注入層可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的電子傳輸或注入材料，具體的，所述電子傳輸層4優(yōu)選具有高電子傳輸性能的n型氧化鋅，所述電子注入層包括CsF、LiF、CsCO₃，還包括其它電解質(zhì)型電子傳輸層材料。優(yōu)選的，所述電子傳輸層4和所述電子注入層的厚度單獨為30-60nm。

所述量子點發(fā)光層5可以采用本領(lǐng)域常用的量子點材料制成，所述量子點發(fā)光層5的厚度為10-100nm。

所述空穴傳輸層6、空穴注入層也可以采用本領(lǐng)域常用的空穴傳輸或注入材料制備，且所述空穴傳輸層6、空穴注入層可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，厚度為0-100nm，優(yōu)選40-50nm。

所述透明頂電極7為陽極時，可以為ITO或銀納米線透明電極；所述透明頂電極7為陰極時，可以為ITO或其他透明電極材料。

本發(fā)明實施例提供的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管，一方面，相較于底發(fā)射型器件，量子點發(fā)光層5的發(fā)射光不經(jīng)底部玻璃襯底出射，而是直接通過所述透明頂電極7從頂部出射，提高了發(fā)光單元量子點發(fā)光器件沿器件方向的出射光的出光效率，適于用作電腦、移動設(shè)備顯示屏；另一方面，本發(fā)明實施例采用硅基襯底作為基板或第一電極，有利于提高電路的集成度，同時降低生產(chǎn)成本，更適用于具有較大開口率和更為復(fù)雜的電路設(shè)計要求的主動驅(qū)動發(fā)光器件。此外，本發(fā)明實施例采用量子點發(fā)光器件作為場效應(yīng)晶體管的驅(qū)動發(fā)光層，具有低功耗、廣色域和易加工的優(yōu)點。

本發(fā)明實施例所述頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管可以通過下述方法制備獲得。

相應(yīng)的，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

S01.提供硅基襯底；

S02.在所述硅基襯底上依次沉積第一電極、絕緣層和第二電極，所述第一電極、絕緣層和第二電極形成電容單元；

S03.在所述第二電極上依次沉積量子點發(fā)光層、透明頂電極，所述第二電極、量子點發(fā)光層和所述透明頂電極形成頂發(fā)射量子點發(fā)光器件；

其中，所述絕緣層、所述量子點發(fā)光層均采用溶液加工法制備獲得。

具體的，上述步驟S01中，所述硅基襯底優(yōu)選為經(jīng)過清潔處理后的硅基襯底。具體優(yōu)選的，采用標(biāo)準(zhǔn)Shiraki方法清洗，包括有機(jī)溶劑環(huán)境超聲、多步強(qiáng)酸處理等以除去表面氧化層及有機(jī)雜質(zhì)和金屬元素雜質(zhì)，提高后續(xù)材料的附著力。

上述步驟S02中，在所述硅基襯底上通過蒸鍍方式沉積第一電極作為FET柵極。所述第一電極的材料根據(jù)其具體的用途(陽極或陰極)來定。

在所述第一電極上旋涂一層絕緣層，當(dāng)所述絕緣層為聚酰亞胺時，將所述聚酰亞胺和N,N-二甲基甲酰胺按體積比1：1的比例進(jìn)行配比稀釋后，采用溶液加工法如旋涂將所述聚酰亞胺溶液沉積在所述第一電極表面；然后將旋涂好的基片先在紅外箱中干燥處理，干燥時間為5-15min，在氬氣保護(hù)氣體氛圍下退貨處理，退火溫度為200-250℃，時間為2-5小時，更優(yōu)選為220℃條件下退火處理3小時。當(dāng)所述絕緣層為BaTiO₃/PVDF復(fù)合漿料時，可利用勻膠機(jī)將復(fù)合材料旋涂在樣品上形成絕緣層，而后放置干燥箱中干燥(60-100℃)，待溶劑蒸發(fā)后可進(jìn)行重復(fù)旋涂-干燥工藝。

在所述絕緣層上蒸鍍所述第二電極。所述第一電極、絕緣層和第二電極形成電容單元。

上述步驟S03中，在所述第二電極上采用溶液加工法如旋涂法沉積量子點材料，然后在80-100℃條件下加熱10-15min，去除殘余溶劑，形成致密的量子點薄膜。具體優(yōu)選的，將沉積完量子點材料后的樣品放置在80℃的加熱臺上加熱10min。

在所述量子點發(fā)光層上制備一層透明頂電極，所述透明頂電極可以通過濺射法制備獲得，也可以通過溶液加工法如旋涂法制備。具體的，在所述量子點發(fā)光層上通過濺射方式制備一層ITO；或通過旋涂方法制備一層銀納米線-乙醇懸濁液，獲得銀納米線透明電極，其中，旋轉(zhuǎn)速率為2800-3200rpm，具體優(yōu)選為3000rpm。

進(jìn)一步的，所述頂發(fā)射量子點發(fā)光器件的制備過程中，還包括在量子點發(fā)光層和陰極之間沉積電子傳輸層、電子注入層的至少一層；在量子點發(fā)光層和陽極之沉積空穴傳輸層、空穴注入層中的至少一層。所述電子傳輸層、電子注入層、空穴傳輸層、空穴注入層均采用溶液加工法如旋涂法制備獲得。

以及，一種頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

Q01.提供硅基襯底；

Q02.將所述硅基襯底置于氧氣環(huán)境中退火處理，使其表面形成硅氧化物層；

Q03.在所述硅氧化物層上依次沉第二電極，所述硅基襯底、硅氧化物層和第二電極形成電容單元；

Q04.在所述第二電極上依次沉積量子點發(fā)光層、透明頂電極，所述第二電極、量子點發(fā)光層和所述透明頂電極形成頂發(fā)射量子點發(fā)光器件；

其中，所述量子點發(fā)光層采用溶液加工法制備獲得。

具體的，上述步驟Q01中，所述硅基襯底作為所述電容單元的柵極，當(dāng)所述硅基襯底接正極時，采用P型硅基襯底；當(dāng)所述硅基襯底接陰極時，采用N型硅基襯底。優(yōu)選的，對所述硅基襯底進(jìn)行表面清潔處理，處理方法同上述S01。

上述步驟Q02中，對所述硅基襯底置于氧氣環(huán)境中進(jìn)行退火處理，可以高效、快速形成一層均勻、穩(wěn)定的硅氧化物層作為絕緣層，由此，可以簡化頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備工藝。

上述步驟Q03中，在所述硅氧化物層上蒸鍍所述第二電極。所述第一電極、絕緣層和第二電極形成電容單元。

上述步驟Q04中，在所述第二電極上依次沉積量子點發(fā)光層、透明頂電極的方法如步驟S03所述，其優(yōu)選情況也如S03所述，為了節(jié)約篇幅，此處不再贅述。

本發(fā)明實施例提供的頂發(fā)射量子點發(fā)光場效應(yīng)晶體管的制備方法，采用溶液加工發(fā)制備除電極外的各功能層，不僅工藝簡單易控，而且適用于商業(yè)化批量生產(chǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。