[发明专利]一种共振隧穿有机发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共振隧穿有机发光二极管及其制备方法，属于光电转换器件及微纳光电器件技术领域。

背景技术

当前固体半导体集成电路的发展遇到了许多难题和挑战，集成电路的微型化逐渐接近极限。目前集成电路的线宽已经降到大约0.1μm，虽然集成电路的线宽还有可能进一步降低，但是依据量子理论，当集成电路的线宽降到0.01μm以下时，以电子流动传输信号的固体半导体电子器件将不能正常发挥功能。这就需要发展新的科学技术解决这一难题。具有良好发展前景的分子电子学就是在这样的条件下产生的。

分子电子学是研究如何使单个分子在未来的计算机设备中作为关键部件发挥作用的新兴学科。早在20世纪70年代，科学家们就逐步提出了分子器件的构想。使用分子器件不仅可以使集成电路的尺寸降低5个数量级，而且还可以使速度提高6个数量级，所以使用分子器件可以从整体上大大提高集成电路的性能。目前科学家已普遍达成共识，分子电子工程是今后电子学发展的重要方向，并预言：到近几年左右微电子元件的尺寸将降低到纳米数量级，进入名副其实的分子电子学时代。

共振隧穿二极管(RTD)是最早研制成功的纳米电子器件之一，目前已经将RTD与高迁移晶体管(HEMT)结合研制出了多种高速数字电路。如果能够实现有机分子共振隧穿二极管器件，将是一种非常诱人的设想。RTD一般具有以下特点：(1)高频高速；(2)低工作电压、低功耗；(3)负阻和自锁(Self-latching)特性；(4)用少量器件就能完成多种逻辑功能。

通过化学方法合成得到的有机分子RTD器件，能够将RTD的尺寸降低到分子级，进一步提高了速度并降低了能耗，而且合成原料来源广泛，成本低廉，尤其重要的是有机分子RTD可以进行分子设计，通过化学反应直接合成出各种具有奇妙结构和性能的分子器件。

近年来对有机分子RTD器件的研究日益得到重视，人们已经设计、合成出一些有机分子RTD，并在对结构进行研究的基础上，对工作原理也作了比较深入的探讨。有机分子RTD既具有固体半导体功能特性，又具有固体半导体RTD所不具备的优良特性，可以降低集成电路的尺寸，提高速度，降低能耗，大大提高使用RTD制成的集成电路的性能，并且还可以按照需要进行分子设计，直接合成出三端器件和逻辑门等一系列具有特定功能的分子器件，更进一步则可直接合成分子电路。目前成功地通过有机合成制备的有机分子共振隧穿二极管还不多，主要原因是合成路线复杂、合成条件比较苛刻、合成产物分离困难、收率低。另外，目前有机分子共振隧穿二极管在室温下达到的峰谷比还比较小(4以下)，提高其器件性能是各国科研工作者目前研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前已有的有机分子共振隧穿二极管及制备方法存在的缺点，提出一种共振隧穿有机发光二极管及其制备方法。本发明根据基于SIT的有机发光晶体管的器件结构，使夹在两层空穴传输层之间的中间金属电极与本发明提出的共振隧穿有机发光二极管的ITO导电电极(S极)和电极(D极)之间形成的有效重叠面积具有某一小的失配面积，该小的失配面积形成载流子隧穿沟道，形成具有发光行为的共振隧穿二极管。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种共振隧穿有机发光二极管，包括一层ITO导电电极(S极)；然后在该ITO导电电极上制备一层有机空穴传输层1，然后在该有机空穴传输层1上制备一层中间金属电极(G极)，然后再在该中间金属电极上制备一层有机空穴传输层2，之后在该有机空穴传输层2上再制备一层有机发光材料，最后在该有机发光材料薄膜上真空蒸镀电极(D极)完成共振隧穿有机发光二极管器件的制备。

在制备中间金属电极(G极)时，该中间金属电极与S极和D极之间形成的有效重叠面积具有某一小的失配面积，通过该失配面积形成载流子的隧穿沟道，从而使整个器件形成具有发光行为的共振隧穿有机发光二极管。该某一小的失配面积远远小于S极和D极之间形成的有效面积。

所述有机空穴传输层1和有机空穴传输层2的材料优选为α-NPD，或NPB和TPD等有机空穴传输材料。

其中，α-NPD为N，N-Di(naphthalene-1-yl)-N，N`-diphenyl-benzidine；

NPB为N，N′-bis-(1-naphthyl)-N，N′-diphenyl-1，1′-biphenyl-4，4′-diamine；

TPD为N，N’-bis(4-butylphenyl)-N，N’-bis(phenyl)benzidine。