[发明专利]高功函数可调的三元过渡金属氮化物、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高功函数可调的三元过渡金属氮化物、其制备方法及应用。所述三元过渡金属氮化物为Mo_xM_1‑xN，其中M包括Ti、Hf、Zr、W中的任意一种，0.7≤x≤1。本发明的三元过渡金属氮化物功函数可控，利用其制成的膜具有高功函数、高反射率以及高导电性等优点，可应用于制备顶发射型OLED器件、Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池、高功函数p型有机半导体或无机半导体等领域。

技术领域

本发明属于材料生长技术领域，具体涉及一种高功函数可调的三元过渡金属氮化物、其制备方法及应用。

背景技术

具有高功函数及良好导电性的过渡金属氮化物可以被用做许多器件的能级匹配接触层，比如硅基OLED显示器件中与空穴注入层材料接触的阳极结构，Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池中硅与PEDOT:PSS之间的能级匹配层，具有高功函数的p-GaN或p-AlGaN的欧姆接触以及具有高功函数材料形成的异质结光电、光伏器件等。

硅基OLED显示器件是结合了有机发光二极管显示器主动发光的优点和成熟CMOS工艺技术。OLED是近几年来显示领域研究的热门，这是因为有机发光二极管其具有反应速度快、工作电压低、对比度高、可制成大尺寸和挠性面板等优点。近些年来，OLED已被广泛应用于手机(小屏)及电视(大屏)的显示面板上，其中2016年中国市场上的手机显示采用OLED的已经达到9900万部，77英寸大屏幕OLED电视也已经上市，表明OLED显示时代的真正来临。常用的OLED器件是底发射的，但是在主动显示中，OLED发光器件是由薄膜晶体管(TFT)来控制的，因此如果器件是以底发射形式出光，光经过基板的时候就会被基板上的TFT和金属线路阻挡，从而影响实际的发光面积。如果光线是从器件上方出射，那么基板的线路设计就不会影响器件的出光面积。相同亮度下OLED的工作电压更低，可以获得更长的使用寿命。因此，顶发射器件是小屏如手机等主动显示的首选。硅基OLED显示器件正是顶发射器件。顶发射型OLED器件的结构是：透明或者半透明的阴极/电子注入层/电子传输层/有机发光层/空穴传输层/空穴注入层/反射阳极。在顶发射器件中，反射阳极与空穴注入层相邻，空穴注入层的HOMO能级与阳极的功函数之间的差异大小会影响到器件的开启电压和整体功耗。因此阳极的功函数需要大于等于空穴注入层的HOMO能级。由于目前常用的有机空穴注入层材料的HOMO能级都大于5.0eV，所以硅基OLED微显示器件阳极结构的功函数需要大于等于5.0eV。除了功函数与空穴注入层能级相匹配外，顶发射型OLED器件阳极电极还有以下要求：1.具有高的反射率(70％)；2.高的导电性(低电阻率以及高迁移率)。

而在Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池中，PEDOT:PSS与n型硅形成肖特基结，提供使电子和空穴分离的内建电场，通过外接电路，光产生的电子和空穴分别流向阴极和阳极，形成电流。为了提高器件的效率，可以通过增强光的吸收，产生尽量多的电子空穴以及改善电荷的传输方面来做工作。在电子和空穴分别向对应的电极传输时，不可避免会有一些电子和空穴发生复合，尽量减少电荷的复合是一个有效提高器件效率的方法。为了减少电荷复合，可以在Si与PEDOT:PSS之间插入一层高功函数的薄层，这样高功函数薄层与n型硅形成的异质结，会提高其内建电势，有效的阻止了电子向阳极移动，从而有效减少电荷复合，提高器件的效率。因为PEDPT:PSS的功函数在4.8-5.0eV之间，因此选择功函数大于5.0eV的薄层作为能级匹配层。