高电流密度及高发光效率的双极有机发光场效应晶体管的研究

有机激光是当前的研究热点之一，已在一些有机（聚合物）半导体中实现了光泵浦放大自发辐射和激光，但电泵浦激光还未实现。有机发光场效应晶体管是集二极管的电致发光和晶体管的开关功能于一体的器件，可用作平板显示器、传感器及纳米尺度光源等。更重要的是，该器件结构被认为是最有可能实现有机（聚合物）电泵浦激光的方法之一。本项目研究高电流密度及高发光效率的双极有机发光场效应晶体管，以同时具有高载流子迁移率和高发光效率，且放大自发辐射阈值较低的有机材料为功能层，利用高介电常数无机或有机绝缘材料和各种金属电极，研制出具有高电流密度和高电致发光效率的层异质结双极发光场效应晶体管和有机单晶双极发光场效应晶体管。测量其输出及转移特性、发光特性及放大自发辐射，研究载流子注入、输运、复合发光及光增益和损耗等问题，得出器件的工作机理模型，以期用场效应晶体管结构实现电泵浦有机放大自发辐射，进而探索实现电泵浦有机激光的可能性。

研究了介电层厚度和活性层层厚度对有机场效应晶体管性能的影响。制作了以并五苯为活性层、以PMMA为介电层的场效应晶体管，实验发现，PMMA的最佳厚度为350–400 nm，这样才足以维持大的电流密度，使器件性能稳定。并五苯厚度对器件性能随影响很大，并五苯厚为50 nm时，性能最好，得到了最大的空穴迁移率1.12 cm2/V•s。这种器件性能对活性层厚度的非线性依赖关系可以用厚度对并五苯形貌的影响及导电沟道在活性层中的位置来解释。.研制了基于并五苯和Alq3的垂直异质结发光场效应晶体管。器件结构为底栅顶接触型。以ITO玻璃为基底，以PMMA为介电层，以并五苯为场效应传输层。在并五苯表面靠近源极蒸镀空穴传输材料NPB，靠近漏极蒸镀发光材料Alq3，且两种材料在器件中央接触。这样Alq3和并五苯形成非对称的垂直异质结。器件在大气环境下同时呈现出p型场效应特性和电致发光特性。在靠近漏极附近观察到了Alq3的绿色发光。对器件的工作机理进行了解释。此外，这种结构器件工作时，可直接用照相机进行高空间分辨率的紫外成像，是研究有机发光材料一种简单有效的工具。.研究了底栅顶接触型聚合物P3HT/PMMA场效应晶体管。器件结构为ITO/PMMA（380 nm)/P3HT(150 nm)/ Au(100 nm)。用三氯甲烷和环己烷的混合物作为P3HT的溶剂，降低了在旋涂 P3HT 半导体层时溶剂对 PMMA 介电层的溶解，从而提高了器件的成膜性，制备出分层明显的双层聚合物场效应器件。用Au/Al作源漏电极时器件性能更好。