[发明专利]一种叠层发光场效应晶体管及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种叠层发光场效应晶体管及其制备方法和应用。该叠层发光场效应晶体管利用电荷产生层或金属连接层将多个发光单元串联起来，可以实现不同颜色光的面发射，调整两个不同的发光单元的相对位置和亮度可以实现不同颜色彩色光的发射；单个器件就可实现白光的面发射；通过串联多个相同的发光单元，在保证高开口率的同时可实现发光效率的提升、寿命的提高以及光谱的窄化。本发明有效地解决了传统发光晶体管器件发光颜色单一，发光效率低的难题。该叠层发光场效应晶体管适应性强，集成度高，易于小型化，可以批量生产，特别是对柔性可穿戴器件的兼容性好，对发光场效应晶体管器件应用于发光显示领域起到重要的促进作用。

本申请要求申请人于2021年11月2日向中国国家知识产权局提交的专利申请号为202111290204.X，发明名称为“一种叠层发光场效应晶体管及其制备方法和应用”的在先申请的优先权。所述在先申请的全文通过引用的方式结合于本申请中。

技术领域

本发明属于发光场效应晶体管领域，涉及一种叠层发光场效应晶体管，具体涉及一种基于半导体材料的叠层发光场效应晶体管及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，发光场效应晶体管在科研领域得到了广泛关注。其主旨为通过集成场效应晶体管与发光二极管，在保证高开口率的同时实现发光性能和场致开关功能的结合，内容包括载流子的注入、传输与复合，激子的光跃迁，光子-声子相互作用，分子结构与电光转换之间的关系以及器件的构筑与参数优化等方面。进而使其与传统的光学与电学等方面的特征相结合，实现新型高度集成发光场效应晶体管器件的发展。

传统的发光场效应晶体管只具有一个发光单元，出射光颜色单一，并且相比于已经成熟的发光二极管发光效率较低，严重限制了这类器件的商业化应用。如何在保证其高集成度的同时，通过器件结构的合理设计，实现光颜色的可控化和效率的提升，进而实现发光场效应晶体管的大面积可控制备，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种叠层发光场效应晶体管及其制备方法和其在发光器件或可穿戴器件中的应用，该叠层发光场效应晶体管能够实现不同颜色光的混合发射，实现光颜色的可控化，以及发光效率、亮度和寿命的提升、发光光谱的窄化。

本发明提供的叠层发光场效应晶体管包括源电极和漏电极，以及n个发光单元，相邻发光单元由电荷产生层或金属连接层连接；

其中，2≤n≤10且为整数，优选2≤n≤5，例如n＝2或3。

由电荷产生层或金属连接层将n个发光单元串联。

根据本发明的实施方案，所述电荷产生层由p型半导体和n型半导体异质结，和/或金属连接层组成。例如，所述p型半导体的最高占据轨道分子能级小于6.0eV，所述n型半导体的最低未占据分子轨道能级大于4.0eV，且所述p型半导体的最高占据轨道分子能级和n型半导体的最低未占据分子轨道能级之差小于1eV。优选地，所述p型半导体的材料选自酞菁铜、酞菁锌、2,5-顺-(4-2苯基)-2噻吩、并五苯、并四苯等中的至少一种；优选地，所述n型半导体的材料选自C₆₀、C₇₀、苝酐、苝二酰胺等中的至少一种。例如，所述金属连接层是由金属和/或金属能级修饰层组成；优选地，所述金属选自Ca、Ag、Au中的至少一种；优选地，所述金属能级修饰层选自LiF、WO₃、MoO_x等中的至少一种。

例如，所述电荷产生层为LiF/C₆₀/并五苯/MoO_x，示例性为1nm LiF/20nm C₆₀/20nm并五苯/2nm MoO_x。

根据本发明的实施方案，每个发光单元发出的光相同或不同。即，n个发光单元可以包括同色发光单元(例如绿色；红色；或蓝色)，也可以包括异色发光单元(例如绿色和红色；红色和绿色；绿色和蓝色；蓝色和绿色；红色和蓝色；蓝色和红色；红色、绿色和蓝色；红色、蓝色和绿色；蓝色、红色和绿色等)。