義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,打造出發光效率能像有機電晶體一樣倍增的新型有機發光元件。

這項研究就發表在《Photonics Letter》的「以高k電介質打造高效率紅光有機發光電晶體(OLET)」(Highly Efficient Red Organic Light-Emitting Transistors (OLETs) on High k Dielectric)一文中。

對於採用有機材料(OLED、太陽能電池、塑料記憶體)的其他電子元件,有機發光電晶體(OLET)有助於以更簡單的製程降低整體的製造成本,同時提高機械的靈活度。但是,由於OLET既可作為薄膜晶體,同時還能在適當的偏置下作為發射器,因而特別用於背板和有機堆疊結構簡單的平面顯示器設計——所需的有機層較一般OLED更少)。

導通狀態下的 紅光OLET

研究人員 在文中比較各種三層紅光OLET堆疊,這些堆疊僅以閘極和活性材料之間使用的有機電介質類型加以。其中一個堆疊包含n型有機半導體(用於電子傳輸層)源極與與汲極電極、用於發光的複合層以及p型電洞傳輸層,透過高k電介質或低k電介質層,得以分離其閘電極(玻璃基板上ITO)與活性材料。

三層OLET元件示意圖

研究人員選擇了三層架構(以複合層隔離n型和p型半導體),希望能大幅消除由於與電荷相互作用而引起的激子淬熄(exciton-quenching)效應。研究人員指出,隔離層還可進行雙極電荷傳輸,由於電子—電洞均衡而使激子複合最大化。

由於研究人員所設計的OLET在複合層使用特定的主客矩陣系統,因而可在大約626nm的可見光譜範圍發光。在實驗中,研究人員分別為閘極電介質與相對電容率(PMMA),以450nm厚的高k聚合物製造OLED。

整個異質結構的能級圖。電介層可能是PMMA (參考聚合物平台)或高k聚合物(P(VDF-TrFE-CFE))。其活性區域是由夾在(底部) P型與(頂部) n型有機半導體層之間的TCTA 與Ir(piq)3 (20%)混合物構成。

研究人員發現,當VGS掃描達-20V時,幾乎無法導通PMMA-OLET(只有很少的汲源電流且不發光),基於高k的OLET因而能以較低偏置驅動(光輸出約17μW,在-3V閘極偏壓下的整體外部量子效率低於4%)。事實上,PMMA-OLET僅能在100V時達到完全導通狀態。

為了解釋其研究結果,研究人員比較其作為活性區域堆疊的三層OLET元件,以及形成相反極性的2平行有機薄膜電晶體(TFT)。

「在p型ID-VG掃描期間,光在兩個電壓區域中發射:第一個只有p型OTFT運作,而在第二個區域,兩個OTFT均處於導通狀態,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時)的另一個好處是電場較低,元件上的應力較小,因而較其PMMA的競爭元件更能延長使用壽命。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Organic transistors double up as efficient OLEDs,by Julien Happich)