專利名稱：有機(jī)二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)電子學(xué)，具體來說，涉及一種有機(jī)二極管及其制備方法，更具體而言，涉及一種柔性透明有機(jī)摻雜二極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，集成電路得到迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛。與此同時(shí)電子系統(tǒng)也正在與越來越多的其他類系統(tǒng)相結(jié)合，在這種發(fā)展趨勢下，一種特殊的電路系統(tǒng)——柔性透明電子系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。柔性透明電子系統(tǒng)在卷曲或伸縮的同時(shí)具有透光功能，因此可以覆蓋安裝在任意曲面或者可移動(dòng)部件之上，大大擴(kuò)展了電子系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。二極管在集成電路應(yīng)用中扮演著十分重要的角色。二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管，它是一種具有單向傳導(dǎo)電流功能的電子器件。一般來講，晶體二極管是一個(gè)由P型 半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。典型的二極管伏安特性曲線如圖I所示當(dāng)二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極??；當(dāng)電壓超過開啟電壓(Ud)時(shí)，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大。在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極小。當(dāng)反向電壓超過反向擊穿電壓(Ube)時(shí)，二極管被擊穿，電流開始急劇增大。二極管作為集成電路的基礎(chǔ)器件，廣泛應(yīng)用于整流、開關(guān)、限幅、續(xù)流、檢波、變?nèi)?、顯示、穩(wěn)壓、觸發(fā)等技術(shù)領(lǐng)域，一直受到人們的廣泛關(guān)注。然而，常規(guī)的二極管多是基于無機(jī)半導(dǎo)體材料的器件，存在著材料昂貴、功耗高、靈敏度低等缺點(diǎn)。近些年，大量有機(jī)半導(dǎo)體器件被研制成功，有機(jī)半導(dǎo)體器件除了具備無機(jī)器件基本特性，還秉承了有機(jī)半導(dǎo)體材料質(zhì)輕、污染小、成本低、工藝簡單、柔韌性好、易于大面積化和小型化等優(yōu)點(diǎn)，而且有機(jī)器件功耗低響應(yīng)速度快，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)中存在的無機(jī)半導(dǎo)體材料昂貴、功耗高、靈敏度低的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種有機(jī)二極管及其制備方法?！矫?，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種有機(jī)二極管，包括透明柔性襯底、透明正電極、透明負(fù)電極、摻雜的柔性透明P區(qū)和摻雜的柔性透明η區(qū)，其中，所述透明負(fù)電極位于所述透明柔性襯底之上，所述摻雜的柔性透明η區(qū)位于所述透明負(fù)電極之上，所述摻雜的柔性透明P區(qū)位于所述摻雜的柔性透明η區(qū)之上，所述透明正電極位于所述摻雜的柔性透明P區(qū)之上。另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種有機(jī)二極管的制備方法，包括步驟一在基片之上形成透明柔性襯底；步驟二 在所述透明柔性襯底之上沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明負(fù)電極；步驟三在所述透明負(fù)電極之上形成η型摻雜的柔性透明η區(qū)；步驟四在所述η型摻雜的柔性透明η區(qū)之上形成P型摻雜的柔性透明P區(qū)；步驟五在所述P型摻雜的柔性透明P區(qū)之上沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明正電極；步驟六將所述透明柔性襯底及其上形成的結(jié)構(gòu)與所述基片分離，得到柔性透明的有機(jī)二極管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例所提供的有機(jī)二極管，使用透明的有機(jī)材料取代傳統(tǒng)的無機(jī)材料，不僅環(huán)保，而且有機(jī)材料質(zhì)輕，成本低，在不改變傳統(tǒng)無機(jī)器件的基本特性的基礎(chǔ)上，有機(jī)材料較之無機(jī)材料功耗低、響應(yīng)速度快，此外，柔性的有機(jī)材料使得有機(jī)二極管使用時(shí)可彎曲、拉伸，使用更靈活。此外，本發(fā)明實(shí)施例所提供的有機(jī)二極管的制備方法，制備過程簡單，無需高溫工藝，在降低能耗的基礎(chǔ)上還節(jié)約了制備時(shí)間。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I示出了二極管伏安特性曲線；圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的透明柔性有機(jī)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、4、5、6、7、8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制備透明柔性有機(jī)二極管的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透明柔性有機(jī)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，包括透明柔性襯底I、透明負(fù)電極2、摻雜的柔性透明η區(qū)3和摻雜的柔性透明P區(qū)4、透明正電極5，其中，所述透明負(fù)電極2位于所述透明柔性襯底I之上，所述摻雜的柔性透明η區(qū)3位于所述透明負(fù)電極2之上，所述摻雜的柔性透明P區(qū)4位于所述摻雜的柔性透明η區(qū)3之上，所述透明正電極5位于所述摻雜的柔性透明P區(qū)4之上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)成所述透明柔性襯底I的材料可以是任意已知的或?qū)砜赡艹霈F(xiàn)適合用作透明柔性襯底的有機(jī)材料，例如聚對二甲苯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯等。此外，所述透明柔性襯底I的厚度可以為2 μ m至Ij 300 μ m。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成所述透明負(fù)電極2的材料可以是任意已知或即將出現(xiàn)的透明導(dǎo)電材料，例如氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩等。所述透明負(fù)電極的厚度可以為50nm到400nm。另外，與透明負(fù)電極的情況類似，形成所述透明正電極5的材料可以是任意已知或即將出現(xiàn)的透明導(dǎo)電材料，例如氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩等，且所述透明正電極的厚度可以50nm到400nm。需要指出的是，針對具體應(yīng)用情形，形成所述透明負(fù)電極2的材料可以與形成所述透明正電極5的材料相同，也可以不同，且二者的厚度可以相同，也可以不同。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成所述摻雜的柔性透明η區(qū)3的材料可以為任意已知的或即將出現(xiàn)的適合用作η區(qū)材料的透明柔性材料，例如聚對二甲苯或聚苯乙烯等。同時(shí)，所述摻雜的柔性透明η區(qū)3厚度為50nm到500nm。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述用于η型摻雜的柔性透明η區(qū)的摻雜劑可以是任意合適的η型摻雜劑例如氮(N)元素等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成所述摻雜的柔性透明P區(qū)4的材料可以為任意已知的或即將出現(xiàn)的適合用作P區(qū)材料的透明柔性材料，例如聚對二甲苯或聚苯乙烯等。同時(shí)，所述摻雜的柔性透明P區(qū)4厚度為50nm到500nm。而在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述用于p型摻雜的柔性透明P區(qū)的摻雜劑可以是任意合適的P型摻雜劑例如硼(B)元素等。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的有機(jī)二極管中，使用透明的有機(jī)材料取代傳統(tǒng)的無機(jī)材料，環(huán)保，而且有機(jī)材料質(zhì)輕，成本低，在保證傳統(tǒng)無機(jī)器件的基本特性的基礎(chǔ)上，有機(jī)材料較之無機(jī)材料功耗低、響應(yīng)速度快。此外，有機(jī)材料的柔性使得有機(jī)二極管使用時(shí)可彎曲、拉伸，使用更靈活。圖3、4、5、6、7、8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制備透明柔性有機(jī)二極管的流程， 包括以下步驟。步驟一在基片10之上形成透明柔性襯底I。如圖3所示，可以通過常見的成膜技術(shù)(例如，聚合物化學(xué)氣相沉積方法或溶液旋涂方法)在基片10上沉積透明柔性材料來形成透明柔性襯底。其中，所述基片10例如可以是玻璃基片、硅基片等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述形成透明柔性襯底I的材料可以為任意已知的或者即將出現(xiàn)的適合用作透明柔性襯底的材料，例如聚對二甲苯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧
烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯等。此外，所述透明柔性襯底的厚度可以被形成為2 μ m到300 μ m，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述透明柔性襯底的厚度為5 μ m。步驟二 在所述透明柔性襯底I之上沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明負(fù)電極2。如圖4所示，可以在所述透明柔性襯底之上通過電極形成工藝(例如濺射方法或旋涂方法)涂布透明導(dǎo)電材料來形成透明負(fù)電極。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述形成透明負(fù)電極的材料可以是任意已知或即將出現(xiàn)的透明導(dǎo)電材料，例如氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩等。所述透明負(fù)電極的厚度為50nm至400nm，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用氧化錫銦作為透明負(fù)電極，所述透明負(fù)電極的厚度為70nm。步驟三在所述透明負(fù)電極2之上形成η型摻雜的柔性透明η區(qū)3。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟三可以具體包括以下處理先通過聚合物化學(xué)氣相沉積方法在透明負(fù)電極2之上沉積聚對二甲苯層或聚苯乙烯層，之后再針對沉積的聚對二甲苯層或聚苯乙烯層進(jìn)行η型摻雜來形成所述η型摻雜的柔性透明η區(qū)(3)，如圖5所示。其中，作為一個(gè)優(yōu)選示例，所述η型摻雜可以以氮(N)元素為摻雜劑、利用熱蒸發(fā)的NH3為摻雜源在IS氣氛圍中進(jìn)行。作為一個(gè)示例，形成所述η型摻雜的柔性透明η區(qū)的材料可以為任意已知的或者即將出現(xiàn)的適合用作形成摻雜的柔性透明η區(qū)的材料，例如聚對二甲苯或聚苯乙烯。同時(shí)，所述摻雜的柔性透明η區(qū)的厚度可以為50nm到500nm。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，形成所述摻雜的柔性透明η區(qū)的材料為聚對二甲苯、厚度為lOOnm、摻雜劑為N元素。步驟四在所述η型摻雜的柔性透明η區(qū)3之上形成ρ型摻雜的柔性透明P區(qū)4。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟四可以具體包括以下處理通過聚合物化學(xué)氣相沉積方法在所述η型摻雜的柔性透明ρ區(qū)3之上沉積聚對二甲苯層或聚苯乙烯材料層，之后再針對沉積的聚對二甲苯層或聚苯乙烯材料層進(jìn)行P型摻雜來形成所述P型摻雜的柔性透明P區(qū)4，如圖6所示。其中，作為一個(gè)優(yōu)選示例，所述ρ型摻雜可以以硼(B)元素為摻雜劑、利用熱蒸發(fā)的B2O3為摻雜源 在IS氣氛圍中進(jìn)行。作為一個(gè)示例，形成所述ρ型摻雜的柔性透明ρ區(qū)的材料可以為任意已知的或者將來出現(xiàn)的適合形成柔性透明P區(qū)的柔性透明材料，例如聚對二甲苯或聚苯乙烯等。同時(shí)，所述摻雜的柔性透明P區(qū)的厚度為50nm到500nm。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，形成所述摻雜的柔性透明P區(qū)的材料為聚對二甲苯、厚度為lOOnm、摻雜劑為B元素。步驟五在所述ρ型摻雜的柔性透明ρ區(qū)4之上沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明正電極5。如圖7所示，可以在所述P型摻雜的柔性透明P區(qū)之上通過電極形成工藝(例如濺射方法、旋涂方法、物理氣相沉積方法等)沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明正電極。其中，所述形成透明正電極的材料可以為任意已知或即將出現(xiàn)的透明導(dǎo)電材料，例如氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩等。所述透明正電極的厚度可以為50nm至400nm，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用聚乙撐二氧噻吩作為透明正電極，且所述透明正電極的厚度為90nm。步驟六將所述透明柔性襯底I及其上形成的結(jié)構(gòu)與所述基片10分離，得到柔性透明的有機(jī)二極管。如圖8所示，使用常見的分離方法(例如剝離工藝)將所述透明柔性襯底及其上形成的結(jié)構(gòu)與所述基片分離，得到柔性透明的有機(jī)二極管。以上結(jié)合圖3-8描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造有機(jī)二極管的方法，但是上述描述僅為示例，本發(fā)明不限于此，而是還可以進(jìn)行各種改型。例如，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在形成柔性透明η區(qū)之后，還可以進(jìn)一步包括使η型摻雜的柔性透明η區(qū)的表面充分交聯(lián)的步驟。具體來說，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以將形成的η型摻雜的柔性透明η區(qū)暴露在氧氣中一段時(shí)間，使得所述摻雜的柔性透明η區(qū)材料表面充分交聯(lián)。其中，暴露時(shí)間例如可以為3個(gè)小時(shí)。通過上述的使η型摻雜的柔性透明η區(qū)的表面充分交聯(lián)的步驟，可以避免所述柔性透明η區(qū)與即將形成的柔性透明ρ區(qū)擴(kuò)散融合，由此可以提高形成的器件的材料質(zhì)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法所提供的有機(jī)二極管，使用透明的有機(jī)材料取代傳統(tǒng)的無機(jī)材料，不僅環(huán)保，而且有機(jī)材料質(zhì)輕，成本低，在不改變傳統(tǒng)無機(jī)器件的基本特性的基礎(chǔ)上，有機(jī)材料較之無機(jī)材料功耗低、響應(yīng)速度快，此外，柔性的有機(jī)材料使得有機(jī)二極管使用時(shí)可彎曲、拉伸，使用更靈活。此外，本發(fā)明實(shí)施例所提供的有機(jī)二極管的制備方法，制備過程簡單，無需高溫工藝，在降低能耗的基礎(chǔ)上還節(jié)約了制備時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)二極管，其特征在于，包括透明柔性襯底(1)、透明正電極(5)、透明負(fù)電極(2)、摻雜的柔性透明P區(qū)(4)和摻雜的柔性透明n區(qū)(3)，其中，所述透明負(fù)電極(2)位于所述透明柔性襯底(1)之上，所述摻雜的柔性透明n區(qū)(3)位于所述透明負(fù)電極(2)之上，所述摻雜的柔性透明P區(qū)(4)位于所述摻雜的柔性透明n區(qū)(3)之上，所述透明正電極(5)位于所述摻雜的柔性透明P區(qū)(4)之上。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)二極管，其特征在于，形成所述透明柔性襯底(1)的材料為聚對二甲苯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯；所述透明柔性襯底(1)的厚度為2 μ m到300 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)二極管，其特征在于，所述透明正電極(5)和所述透明負(fù)電極(2)中的每個(gè)由氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩形成，且厚度為50nm到400nm。
4.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)二極管，其特征在于，形成所述摻雜的柔性透明n區(qū)(3)的材料為聚對二甲苯或聚苯乙烯，摻雜劑是n元素；所述摻雜的柔性透明n區(qū)(3)厚度為50nm到 500nm。
5.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)二極管，其特征在于，形成摻雜的柔性透明P區(qū)(4)的材料為聚對二甲苯或聚苯乙烯，摻雜劑是B元素；所述摻雜的柔性透明P區(qū)(4)厚度為50nm到500nmo
6.一種有機(jī)二極管的制備方法，其特征在于，包括 步驟一在基片(10)之上形成透明柔性襯底(1); 步驟二 在所述透明柔性襯底(1)之上沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明負(fù)電極(2)； 步驟三在所述透明負(fù)電極(2)之上形成η型摻雜的柔性透明n區(qū)(3); 步驟四在所述η型摻雜的柔性透明n區(qū)(3)之上形成P型摻雜的柔性透明P區(qū)(4); 步驟五在所述P型摻雜的柔性透明P區(qū)(4)之上沉積透明導(dǎo)電材料來形成透明正電極(5 ); 步驟六將所述透明柔性襯底(I)及其上形成的結(jié)構(gòu)與所述基片(10)分離，得到柔性透明的有機(jī)二極管。
7.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟一包括通過聚合物化學(xué)氣相沉積方法或溶液旋涂方法在基片之上沉積聚對二甲苯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯材料來形成所述透明柔性襯底(I)。
8.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟二包括通過濺射方法、旋涂方法或物理氣相沉積方法在所述透明柔性襯底(1)之上沉積氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩材料來形成所述透明負(fù)電極(2);所述步驟五包括通過濺射方法、旋涂方法或物理氣相沉積方法在所述P型摻雜的柔性透明P區(qū)(4)之上沉積氧化錫銦或聚乙撐二氧噻吩材料來形成所述透明正電極(5 )。
9.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟三包括通過聚合物化學(xué)氣相沉積方法在所述透明負(fù)電極(2)之上沉積聚對二甲苯層或聚苯乙烯層，之后進(jìn)行η型摻雜來形成所述η型摻雜的柔性透明n區(qū)(3);所述步驟四包括通過聚合物化學(xué)氣相沉積方法在所述η型摻雜的柔性透明P區(qū)(3)之上沉積聚對二甲苯層或聚苯乙烯材料層，之后進(jìn)行P型摻雜來形成所述P型摻雜的柔性透明P區(qū)(4)。
10.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)二極管的制備方法，其特征在于，在所述步驟三和步驟四之間，還包括使形成的η型摻雜的柔性透明η區(qū)(3)的表面充分交聯(lián)的步驟?！?br> 全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種有機(jī)二極管及其制備方法。所述有機(jī)二極管包括透明柔性襯底、透明正電極、透明負(fù)電極、摻雜的柔性透明p區(qū)和摻雜的柔性透明n區(qū)，其中，所述透明負(fù)電極位于所述透明柔性襯底之上，所述摻雜的柔性透明n區(qū)位于所述透明負(fù)電極之上，所述摻雜的柔性透明p區(qū)位于所述摻雜的柔性透明n區(qū)之上，所述透明正電極位于所述摻雜的柔性透明p區(qū)之上。本發(fā)明還公開了一種有機(jī)二極管的制備方法。本發(fā)明所提供的有機(jī)二極管及其制備方法，使用透明的有機(jī)材料取代傳統(tǒng)的無機(jī)材料，成本低，在保證不改變傳統(tǒng)無機(jī)器件的基本特性的基礎(chǔ)上，功耗低、響應(yīng)速度快，制備過程中無需高溫工藝，在降低能耗的基礎(chǔ)上還節(jié)約了制備時(shí)間。
文檔編號H01L51/56GK102891264SQ20121036134
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者黃如, 白文亮, 蔡一茂, 唐昱, 張興 申請人:北京大學(xué)