[发明专利]能实现低频光到高频光转换的有机-无机复合器件结构

说明书

技术领域

本发明涉及到一种有机-无机复合器件结构，具体涉及一种在无机光探测结构上分子外延出一层有机发光二极管薄膜结构，可以在外界偏压的作用下将探测到的低频红外光上转换成高频可见光发射，用于红外探测显示。

背景技术

对近红外波长区域的成像器件，尤其是被称为在视力无害区域(1.5μm左右)的成像在军事和商业领域正越来越受人关注。其红外成像应用于夜视，掩蔽物侦察，山脉探测，半导体晶片检查等众多方面。目前对于红外探测的成像集中在使用电荷耦合器件(CCD)把光学影像转化为数字信号，数字信号传输给计算机后借助于计算机的处理手段形成图像。这其中通过计算机将光探测器结构与最终显示结构联系起来，过程较复杂。

有机电致发光二极管(OLED)具有材料选择范围宽、驱动电压低、全固化主动发光、重量轻、工作温度范围宽和可制作在柔软衬底上等特点，能够满足当今信息时代对显示技术更高性能和更大信息容量的要求，成为目前科学界和产业界最热门的课题之一。

由于有机电致发光二极管薄膜结构在无机衬底上也具有很好的成膜性和较好的器件性能。所以在无机探测结构上直接外延出有机电致发光二极管薄膜结构可以将无机探测器产生的载流子直接用于有机电致发光，用于红外探测显示。

Kruse于1967年最早提出利用半导体材料能带结构设计出光频率的上转换器思想，此后一段时间，研究集中于无机材料间能带的设计以实现光频率的上转换。但无机材料间需要晶格尺寸的匹配，这极大地限制了器件的使用范围。1991年，Masahiro Hiramoto在无机碳化硅薄膜上外延有机电致发光薄膜实现了红光到绿光的频率上转换。2007年，H.C.Liu通过直接在无机探测结构上外延出有机电致发光薄膜，实现红外线到可见光的频率上转换，能量的转换效率为0.7％。

在这种有机-无机复合器件结构中，有机-无机材料界面处载流子注入成为影响器件性能的关键因素，无机探测结构与有机电致发光薄膜接触的是P型砷化铟镓(P-In_0.53Ga_0.47As)，其价带位置约为5.15ev，空穴注入到有机电致发光薄膜中的酞氰铜层中，相应的酞氰铜的最高占有轨道(HOMO)能级为5.2ev，能级差很小，基本可以保证空穴在外界偏压的作用下注入到有机电致发光薄膜中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现低频光到高频光转换的有机一无机复合器件结构，具体来说是在无机光探测结构上分子外延出一层有机发光二极管薄膜结构，可以在外界偏压的作用下将探测到的低频红外光上转换成高频可见光发射，用于红外探测显示。

本发明提供一种能实现低频光到高频光转换的有机一无机复合器件结构，所述的器件分为下层无机红外光探测结构和上层有机发光二极管结构，其特征在于，由以下部分组成：

一N型层；

一本征层，该本征层生长在N型层上；

一P型层，该P型层生长在本征层上；

一有机空穴注入层，该有机空穴注入层生长在P型层上；

一有机空穴传输层，该有机空穴传输层生长在有机空穴注入层上；

一有机发光层，该有机发光层生长在有机空穴传输层上；

一阴极，该阴极生长在有机电子传输层上的一侧；

一N型欧姆接触层，该欧姆接触层蒸发在N型层背面的一侧；

上述器件能够在外界偏压下将无机红外光探测结构探测到的低频红外光转换成由有机发光二极管发射的可见光。

其中所述的N型欧姆接触层为金锗镍合金，厚度为300nm。

其中所述的N型层为N型的磷化铟，厚度为400-500微米

其中所述的本征层为本征砷化铟镓，厚度为1.5-2微米。

其中所述的P型层为以下任一种材料：P型砷化铟镓、P型砷化铟铝或P型磷化铟，厚度为150-200纳米。

其中所述的有机空穴注入层为以下任一种材料：4，4’，4”-三{N，-(3-甲基苯基)-N-苯胺}-三苯胺、酞氰铜、聚-N-乙烯基咔唑或聚(3，4-二氧乙基噻吩)：聚(对苯乙烯磺酸)。

其中所述的有机空穴传输层为以下任一种材料：N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺或N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺。

其中所述的有机发光层为任意可发绿光的材料，厚度为60-70纳米。

其中所述阴极为银、氟化锂/铝或金，厚度为20纳米。

其中由有机空穴注入层、有机空穴传输层、有机发光层和阴极组成的有机发光二极管结构的总厚度为150纳米。