Светоизлучающий органический полевой транзистор



Светоизлучающий органический полевой транзистор
Светоизлучающий органический полевой транзистор
Светоизлучающий органический полевой транзистор
Светоизлучающий органический полевой транзистор
Светоизлучающий органический полевой транзистор
Светоизлучающий органический полевой транзистор

 

H01L51/50 - Приборы на твердом теле, предназначенные для выпрямления, усиления, генерирования или переключения или конденсаторы или резисторы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или поверхностным барьером; с использованием органических материалов в качестве активной части или с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части; способы или устройства специально предназначенные для производства или обработки таких приборов или их частей (способы или устройства для обработки неорганических полупроводниковых тел, включающей в себя образование или обработку органических слоев на них H01L 21/00,H01L 21/312,H01L 21/47)

Владельцы патента RU 2468476:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области оптики, в частности к электролюминесцирующим наноструктурам, и может быть использовано при создании эффективных устройств для отображения алфавитно-цифровой и графической информации. Сущность изобретения: в светоизлучающем органическом полевом транзисторе с активным слоем, содержащем два электрода «исток» - «сток» и диэлектрический запорный слой между активным слоем и управляющим электродом (затвором), активный слой выполнен в виде органической матрицы с внедренными в нее двухкомпонентными (ядро-оболочка) полупроводниковыми наночастицами. Наночастицы могут быть выполнены с возможностью изменения диаметра полупроводникового ядра в пределах 2.0-6.0 нм и толщины полупроводниковой оболочки в пределах 1.0-3.0 нм для регулирования области излучения в пределах 400-650 нм видимого спектра. Изобретение обеспечивает создание стабильных светоизлучающих органических полевых транзисторов с высоким квантовым выходом люминесценции и регулируемым спектром излучения в видимом диапазоне длин волн. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области оптики, в частности к электролюминесцирующим наноструктурам, и может быть использовано при создании эффективных устройств для отображения алфавитно-цифровой и графической информации. Актуальность создания алфавитно-цифровых дисплеев нового поколения обусловлена растущим потоком визуальной информации и прогрессом в компьютерной технике.

Существует ряд подходов к решению данной задачи, но наиболее перспективным является использование OLED-технологий, позволяющих создавать низкоэнергоемкие органические светоизлучающие устройства. С другой стороны, имеется острая потребность в управлении светоизлучающими устройствами в случае использования их в качестве пикселя алфавитно-цифрового дисплея. Для этих целей в настоящее время используются кремниевые полевые транзисторы. Использование в одном устройстве эффективного излучателя фотонов и возможность управления яркостными характеристиками чрезвычайно привлекательны, но сочетание OLED-технологии и кремниевых транзисторов значительно усложняет и удорожает процесс производства дисплеев. Помимо этого объединение OLED-технологии и кремниевой делает невозможным создание «прозрачных» дисплеев, которые имеют огромные перспективы [http://www.3dnews.ru/news/cebit-2011-samsung].

Для OLED-технологии, в настоящее время, наиболее важным является использование гибридных материалов в качестве активной среды, которые ликвидируют главный недостаток OLED-технологии - недолговечность светоизлучающих материалов. Гибридные материалы представляют собой органическую матрицу с внедренными квантовыми точками (нанообъектами). В настоящий момент в качестве квантовых точек используются полупроводниковые двухкомпонентные нанокристаллы [V.Wood, V.Bulovic, Colloidal Quantum Dot Light-Emitting devices, Nano Reviews 1(2010)5202].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является: светоизлучающий органический полевой транзистор [Raffaella Capelli et al, Organic light-emitting transistor with an efficiency that outperforms the equivalent light-emitting diodes, Nature Materials 9(2010)496], конструкция которого осложнена наличием трех активных слоев различных красителей: дырочно проводящего (DH-4T), активного (Alq3:DCM) и электронопроводящего (DFH-4T). Каждый активный слой дает излучение в разных участках видимого спектра (красный, зеленый, синий - RGB). Такая конструкция чрезвычайно сложна в технологическом исполнении и требует дорогостоящих материалов, что приводит к нерентабельности дисплеев при использовании данной технологии. Все другие светоизлучающие органические полевые транзисторы построены с использованием органических люминофоров в планарной геометрии. Основным недостатком, помимо сложности конструкции и дороговизны, является быстрая деградация органических люминофоров. Сопоставление и оптоэлектронные характеристики различных конструкций светоизлучающих органических полевых транзисторов приведены в недавно вышедшей монографии [М.Н.Бочкарев, А.Г.Витухновский, М.А.Каткова, Органические светоизлучающие диоды (OLED), Нижний Новгород: ДЕКОМ (2011) 360 с.].

Задачей, решаемой изобретением, является создание стабильных светоизлучающих органических полевых транзисторов с высоким квантовым выходом люминесценции и регулируемым спектром излучения в видимом диапазоне длин волн (400-650 нм), что особенно важно для создания алфавитно-цифровых дисплеев нового поколения.

Предлагаемое устройство - светоизлучающий органический полевой транзистор на основе органических соединений с квантовыми точками является оптимальным решением данной задачи.

Поставленная в заявке задача решается следующим образом.

В предлагаемом изобретении использована простейшая схема органического полевого транзистора (см. Фиг.1), при которой на прозрачную подложку (7) (стекло либо полимерную пленку (например, PET)), наносятся электроды «Исток»(6) - «Сток» (5), изготовленные методами фотолитографии, например, из золота (Аu). Предлагается геометрия электродов типа «встречно-штыревых преобразователей», представленная на Фиг.2 (цифрами показаны расстояния между электродами «Исток»-«Сток» в мкм, также показаны токоподводящие площадки). При такой конструкции органического полевого транзистора становится возможным существенно увеличить активную область транзистора за счет значительного увеличения эффективной длины электродов. Затем на структуре с помощью метода spin-coating'a (центрифугирования) наносится слой органического полупроводника (органическая матрица) (4) (например, РУК) с внедренными в нее двухкомпонентными (ядро-оболочка)полупроводниковыми наночастицами квантовыми точками - нанокристаллами (3).

Электрон в наноокристалле ведет себя как электрон в трехмерной потенциальной яме, он имеет ряд стационарных уровней энергии с характерным расстоянием между ними , где m - эффективная масса, d - размер квантовой точки. Аналогично переходу между уровнями энергии атома при переходе между энергетическими уровнями квантовой точки может излучаться фотон. Возможно также «забросить» электрон на высокий энергетический уровень, а излучение получить от перехода между более низколежащими уровнями (люминесценция). При этом, в отличие от настоящих атомов, частотами переходов легко управлять, меняя размеры квантовой точки.

Предлагается использовать синтезированные методом коллоидной химии [C.B.Murray, D.J.Norris, M.G.Bawendi, J. Am. Chem. Soc., 115(1993)8706] двухкомпонентные полупроводниковые наночастицы, состоящих из полупроводникового ядра (например, CdSe, CdTe) и полупроводникой нанооболочки (например, CdS, ZnS). Полученные наночастицы должны быть покрыты поверхностно-активным веществом (например, tri-n-octylphospine oxide - ТОРО) для предотвращения агрегации. Диаметр ядра наночастиц варьируется от 2.0 нм до 6.0 нм при толщине оболочки 1.0-3.0 нм.

На активный слой наносится запорный слой (2) (парилен). Данная процедура осуществляется в три основные стадии:

1. Возгонка в вакууме димера (ди-пара-ксилилена) при температуре 150°C и остаточном давлении порядка 1 мм рт.ст.

2. Термическое разложение (пиролиз) пара-ксилилена с образованием двух бирадикалов. Условия осуществления этой операции - остаточное давление 0,5 мм рт.ст., температура 680°C.

3. Осаждение бирадикалов на холодной поверхности с одновременной полимеризацией. Осаждение происходит в условиях еще более глубокого вакуума (0,1 мм рт.ст.), но уже при нормальной температуре.

Заключительным этапом является нанесение электрода «Затвор» (1) методом термического напыления в вакууме.

Цифрой (8) на Фиг.1 обозначен излучаемый свет, длина волны которого определяется размером наночастиц.

В Таблице 1 приведены примеры составляющих компонентов светящегося органического полевого транзистора: органической матрицы, квантовых точек в нее внедренных, а также материала запорного слоя. Электроды «исток» - «сток» из золота (Аu), а материал «затвора» - алюминий (Аl). Электроды «исток-сток» могут быть изготовлены также из разноименных материалов (например, золото (Аu) и оловяно-индиевый окисел (ITO)).

Таблица 1
Структурная формула PVK (поливинилкарбазола - пример органической матрицы) Тип I - квантовая точка «ядро-оболочка» с зарядами в ядре. Структурная формула поли-n-ксилилена - материала запорного слоя светящегося органического полевого транзистора
Тип II - квантовая точка «ядро-оболочка» с распределенными зарядами

Устройство работает следующим образом.

При приложении напряжения между электродами «Исток» (6) - «Сток» (5) происходит движение и рекомбинация носителей заряда, приводящая к электронному возбуждению квантовых точек и как следствие - к испусканию света в диапазоне 400-650 нм. Напряжение, приложенное к электроду «Затвор» (1), позволяет регулировать интенсивность излучения света.

Излучение света обусловлено возбуждением квантовых точек разного размера, формы и состава в условиях пространственного квантования (максимальный размер <10 нм). Носители заряда возникают в органической матрице при приложении напряжения на электроды «Исток» (6) - «Сток» (5). Высокая подвижность носителей заряда обеспечивается выбором материала органической матрицы. Квантовые точки возбуждаются под действием зарядов матрицы, а эффективность этого процесса обеспечивается напряжением на электроде «Затвор» (1). Ток носителей заряда в канале светящегося органического полевого транзистора меняется более чем на три порядка (Ion/Ioff~103) в зависимости от напряжения на электроде «Затвор» (1).

В заявляемом устройстве (см. фиг.1) наноизлучатели квантовые точки (3), помещенные в органическую матрицу (4), которая играет роль эффективной среды для переноса зарядов, инжектируемых электродом «Исток» (6) и принимаемых электродом «Сток» (5), при этом эффективность переноса зарядов по матрице, а следовательно и эффективность излучения квантовых точек определяется напряжением на третьем электроде «Затвор» (1).

Таким образом, предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами:

1. стабильностью, обусловленной использованием в качестве эмиттера света полупроводниковых наночастиц (квантовых точек), не подверженных действию атмосферы [M.I.Baraton. Synthesis, Functionalization, and Surface Treatment of Nanoparticles. Am. Sci., Los-Angeles, 2002];

2. высоким квантовым выходом. Сравнение люминесцентных свойств наночастиц с красителями родаминового ряда в растворе и в конденсированной фазе показало, что в конденсированной фазе квантовый выход люминесценции наночастиц на два порядка превышает квантовый выход красителей [M Bruchez, Jr, M Moronne, P Gin, S Weiss, A Paul Alivisatos Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent Biological Labels Science, Vol 281(1998)2013];

3. возможностью регулирования спектра излучения [Л.Е.Воробьев, Е.Л. Ивченко, Д.А. Фирсов, В.А. Шалыгин Оптические свойства наноструктур. С-Пб, Наука, 2001].

Возможно использование светящегося органического полевого транзистора в качестве пикселя алфавитно-цифрового дисплея при использовании напряжений 5-10 В и получении яркости свечения порядка 100 кд/м2, что соответствует требованиям, предъявляемым к стандартным компьютерным мониторам.

1. Светоизлучающий органический полевой транзистор с активным слоем, содержащий два электрода «исток» - «сток» и диэлектрический запорный слой между активным слоем и управляющим электродом (затвором), отличающийся тем, что активный слой выполнен в виде органической матрицы с внедренными в нее двухкомпонентными (ядро-оболочка) полупроводниковыми наночастицами.

2. Светоизлучающий органический полевой транзистор по п.1, отличающийся тем, что наночастицы выполнены с возможностью изменения диаметра полупроводникового ядра в пределах 2,0-6,0 нм и толщины полупроводниковой оболочки в пределах 1,0-3,0 нм для регулирования области излучения в пределах 400-650 нм видимого спектра.

3. Светоизлучающий органический полевой транзистор по п.1 или 2, отличающийся тем, что электроды («исток» - «сток») выполнены из одноименных или разноименных материалов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к органическим светодиодным устройствам. .

Изобретение относится к соединению циклометаллированного комплекса платины (II) - (2-фенилпиридинато-N,C2' )(1-фенил-3-метил-4-(5-бицикло[2.2.1]гепт-5-ен-2-ил)-5-пиразолонато-O,O)платине (II) формулы 1 Также предложены сополимеры на его основе и органический светоизлучающий диод.

Изобретение относится к органическому соединению, представленному общей формулой (1) где каждый из R1-R8, R10 и R13 представляет собой атом водорода; каждый из R9 и R14 представляет собой группу, выбранную из атома водорода, трет-бутильной группы, фенильной группы и нафтильной группы, причем фенильная группа содержит, по меньшей мере, один заместитель, выбранный из метальной группы, трет-бутильной группы и фенильной группы, или является незамещенной; один из R11 и R12 представляет собой атом водорода, а другой из R11 и R12 представляет собой группу, выбранную из нафтильной группы, фенантренильной группы, антраценильной группы, периленильной группы, хризенильной группы, бензо-с-фенантренильной группы, флуоренильной группы, флуорантенильной группы, бензофлуорантенильной группы и нафтофлуорантенильной группы, причем нафтильная группа содержит в качестве заместителя фенильную группу или является незамещенной, антраценильная группа содержит в качестве заместителя фенильную группу или является незамещенной, хризенильная группа содержит в качестве заместителя фенильную группу или является незамещенной, флуоренильная группа содержит в качестве заместителя метальную группу, флуорантенильная группа содержит, по меньшей мере, один заместитель, выбранный из трет-бутильной группы и фенильной группы, или является незамещенной, и бензофлуорантенильная группа содержит, по меньшей мере, один заместитель, выбранный из фенильной группы, фенильной группы, замещенной метальной группой, и фенильной группы, замещенной трет-бутильной группой, или является незамещенной.

Изобретение относится к органическим светоизлучающим устройствам. .

Изобретение относится к области электронной техники. .

Изобретение относится к конденсированному полициклическому соединению, представленному общей формулой (I): где радикалы R1-R18 , каждый независимо, выбирают из группы, состоящей из атома водорода, фенильной группы и фенильной группы, замещенной двумя трет-бутильными группами.

Изобретение относится к дибензо[c,g]флуореновому соединению, представленному одной из следующих формул: , Также изобретение относится к органическому светоизлучающему устройству, использующему указанные выше соединения.
Изобретение относится к электроизоляционным композитным материалам для использования в кабельной промышленности, обладающим повышенной прочностью и относительным удлинением при разрыве, а также пониженной горючестью и низкой токсичностью за счет отсутствия в составе галогенсодержащих соединений, что является техническим результатом предложенного изобретения.

Изобретение относится к области упрочнения режущего твердосплавного инструмента и может быть использовано в машиностроении, в частности в технологии металлообработки.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к ковшевому или внутриформенному модифицированию чугунов, сталей и цветного литья. .
Изобретение относится к каталитической химии, а именно к способам получения анодных и катодных катализаторов на основе металлов платиновой группы, предназначенных для использования в электролизерах и топливных элементах с твердым полимерным электролитом (ТПЭ).

Изобретение относится к активному материалу положительного электрода, имеющему состав в соответствии с формулой LiFe(P 1-xO4), где Р имеет мольную долю от 0,910 до 0,999. .

Изобретение относится к области полимерных композитов и нанотехнологиям и может найти применение при изготовлении различных видов упаковок. .

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, и может быть использовано в нефтепереработке, нефтехимии, газохимии, углехимии.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим материалам и электрическим нагревателям, которые могут быть применены для терморегулирования объекта, в частности на автотранспортной технике для терморегулирования топлива, моторного масла, низкотемпературной жидкости; в пищевой промышленности для хранения ферментов, селективной пастеризации различных субстратов, селективного выращивания различных культур дрожжей.

Изобретение относится к области биотехнологии, молекулярной биологии, медицины и ветеринарии. .
Изобретение относится к автодорожной отрасли, к получению материалов для дорожного полотна с использованием вяжущего на основе битума с применением резиновой крошки из отходов резин общего, в том числе, шинного назначения и наношпинели магния в качестве модификаторов.

Изобретение относится к области весоизмерительной техники и направлено на повышение чувствительности и точности взвешивания, что обеспечивается за счет того, что система для высокочувствительного взвешивания включает кантилевер, источник света, расположенный на подвижной части кантилевера, и позиционно чувствительное устройство для регистрации светового излучения, идущего от источника света
Наверх