意大利研究人員正探索如何利用高k聚合物作為閘極電介質(zhì)，打造出發(fā)光效率能像有機(jī)晶體管一樣倍增的新型有機(jī)發(fā)光組件。

這項(xiàng)研究就發(fā)表在《Photonics Letter》的「以高k電介質(zhì)打造高效率紅光有機(jī)發(fā)光晶體管(OLET)」(Highly Efficient Red Organic Light-Emitting Transistors (OLETs) on High kDielectric)一文中。

對(duì)于采用有機(jī)材料(OLED、太陽(yáng)能電池、塑料內(nèi)存)的其他電子組件，有機(jī)發(fā)光晶體管(OLET)有助于以更簡(jiǎn)單的制程降低整體的制造成本，同時(shí)提高機(jī)械的靈活度。但是，由于OLET既可作為薄膜晶體，同時(shí)還能在適當(dāng)?shù)钠孟伦鳛榘l(fā)射器，因而特別用于背板和有機(jī)堆棧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平面顯示器設(shè)計(jì)——所需的有機(jī)層較一般OLED更少)。

導(dǎo)通狀態(tài)下的 紅光OLET

研究人員在文中比較各種三層紅光OLET堆棧，這些堆棧僅以閘極和活性材料之間使用的有機(jī)電介質(zhì)類型加以。其中一個(gè)堆棧包含n型有機(jī)半導(dǎo)體(用于電子傳輸層)源極與與汲極電極、用于發(fā)光的復(fù)合層以及p型電洞傳輸層，透過高k電介質(zhì)或低k電介質(zhì)層，得以分離其閘電極(玻璃基板上ITO)與活性材料。

三層OLET組件示意圖

研究人員選擇了三層架構(gòu)(以復(fù)合層隔離n型和p型半導(dǎo)體)，希望能大幅消除由于與電荷相互作用而引起的激子淬熄(exciton-quenching)效應(yīng)。研究人員指出，隔離層還可進(jìn)行雙極電荷傳輸，由于電子—電洞均衡而使激子復(fù)合最大化。

由于研究人員所設(shè)計(jì)的OLET在復(fù)合層使用特定的主客矩陣系統(tǒng)，因而可在大約626nm的可見光譜范圍發(fā)光。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員分別為閘極電介質(zhì)與相對(duì)電容率(PMMA)，以450nm厚的高k聚合物制造OLED。

整個(gè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能級(jí)圖。

電介層可能是PMMA (參考聚合物平臺(tái))或高k聚合物(P(VDF-TrFE-CFE))。其活性區(qū)域是由夾在(底部) P型與(頂部) n型有機(jī)半導(dǎo)體層之間的TCTA 與Ir(piq)3 (20%)混合物構(gòu)成。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VGS掃描達(dá)-20V時(shí)，幾乎無法導(dǎo)通PMMA-OLET(只有很少的汲源電流且不發(fā)光)，基于高k的OLET因而能以較低偏置驅(qū)動(dòng)(光輸出約17μW，在-3V閘極偏壓下的整體外部量子效率低于4%)。事實(shí)上，PMMA-OLET僅能在100V時(shí)達(dá)到完全導(dǎo)通狀態(tài)。

為了解釋其研究結(jié)果，研究人員比較其作為活性區(qū)域堆棧的三層OLET組件，以及形成相反極性的2平行有機(jī)薄膜晶體管(TFT)。

「在p型ID-VG掃描期間，光在兩個(gè)電壓區(qū)域中發(fā)射：第一個(gè)只有p型OTFT運(yùn)作，而在第二個(gè)區(qū)域，兩個(gè)OTFT均處于導(dǎo)通狀態(tài)，使電荷載子密度均衡，」研究人員提到。

較低偏壓(使用高k聚合物作為閘極電介質(zhì)時(shí))的另一個(gè)好處是電場(chǎng)較低，組件上的應(yīng)力較小，因而較其PMMA的競(jìng)爭(zhēng)組件更能延長(zhǎng)使用壽命。