一种上转换光发射光电晶体管及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种上转换光发射光电晶体管及其制备方法和用途。所述晶体管包括依次连接的第一透明导电电极、空穴阻挡层、红外吸收层、介电层、金属层、第二透明导电电极、空穴注入层，空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和第三透明导电电极。所述制备方法包括从第一透明导电电极开始制备或者从第三透明导电电极开始制备。本发明专利技术提供的上转换光发射光电晶体管在外加电压的作用下，可以实现红外光信号到可见光信号的转换，具有器件效率高，生产成本低廉，器件发光对比度高的优点。

A Upconversion Optical Emission Phototransistor and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种上转换光发射光电晶体管及其制备方法和用途
本专利技术属于半导体
，涉及晶体管及其制备方法和用途，尤其涉及一种上转换光发射光电晶体管及其制备方法和用途。
技术介绍
红外光到可见光上转换器件，顾名思义，就是将入射的红外光转换成可输出的可见光的一种光电子器件。由于在低成本无像素近红外成像、夜视仪、生物医疗和晶片缺陷检测等领域的潜在应用，使红外光到可见光上转换器件已经受到广泛关注。现有已研发的红外光到可见光上转换器件，多为红外探测器和有机发光二极管的集成，它主要存在以下问题：(1)无机半导体探测器与有机发光二极管中，无机薄膜材料与有机薄膜材料薄膜界面之间会存在大量缺陷，将捕获光生载流子，导致器件的效率大幅降低；(2)器件的薄膜沉积制备均在真空设备中完成，材料成本和设备成本都很高，不利于整合资源，降低研发成本；(3)红外吸收材料的光生电流过小，即电流信号的增益不足以为与之连接的发光器件提供足够的电流，导致器件发光对比度很低。CN107611281A公开了一种近红外到可见光上转换器及其制备方法。该方案包括：依次相连的玻璃片、栅电极、绝缘层、空穴传输层、空穴产生层、诱导层、近红外光敏层、空穴注入层、可见光发光层、电子传输层、电极修饰层、源漏电极。CN103165727A公开了一种N型注入的红外至可见波长上转换装置及其制备方法。该方案中，构成所述装置的器件由下部的无机红外光探测器和上部的倒置型有机发光二极管串联组成；所述无机红外光探测器从底部到顶部的结构顺序为：阴极层、衬底层、红外探测器单元、N型间隔层和绝缘窗口层；其中，所述绝缘窗口层中间刻蚀有窗口，N型间隔层从所述窗口露出，所述露出部分上还沉积有限光金属层；所述倒置型有机发光二极管从底部到顶部的结构顺序为：电子注入层、有机电子传输层、有机发光层、有机空穴传输层和半透明复合阳极；其中，所述电子注入层沉积在所述限光金属层上。然而上述方案中，制备成本均比较高，并且存在着器件效率低、发光对比度低的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种上转换光发射光电晶体管及其制备方法和用途。本专利技术提供的光电晶体管的效率高，成本低廉，发光对比度高。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种上转换光发射光电晶体管，所述晶体管包括依次连接的第一透明导电电极、空穴阻挡层、红外吸收层、介电层、金属层、第二透明导电电极、空穴注入层，空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和第三透明导电电极。本专利技术提供的上转换光发射光电晶体管的工作原理为红外吸收层吸收红外光后产生光生载流子，此光生载流子通过第一透明电极、第二透明电极以及介电层的共同作用下，在第二电极和空穴传输层的界面处产生了空穴的富集和放大的作用，在外电压的作用下注入到发光层与第三透明电极注入的电子复合，发射可见光，由此实现了红外光向可见光的上转换过程。该上转换光发射光电晶体管中，各功能层的作用分别为：第一透明导电电极为了给器件施加偏压，使光生载流子有效地积累在红外吸收层和介点层之间的介面上；空穴阻挡层用来阻挡空穴通过第一透明电极向器件内注入；红外吸收层用来吸收红外光，产生光生载流子；介电层为阻挡载流子注入，并在表面富集积累载流子；金属层的设置是为了与第一透明电极之间构成一个电容器件；第二透明电极为收集金属层积累的空穴，注入空穴注入层和空穴传输层；另一方面，电子从第三透明电极注入，经过电子注入层和电子传输层，与相向注入的空穴在发光层复合发光，最终实现红外上转换发光。本专利技术提供的上转换光发射光电晶体管通过各功能层的优化，提高了器件的发光效率，通过三个电极和介电层的共同作用实现了光电流的增益放大，提高了器件的发光对比度。本专利技术提供的光电晶体管具有器件效率高，生产成本低廉，器件发光对比度高的优点。本专利技术提供的上转换光发射光电晶体管在外加电压的作用下，可以实现红外光信号到可见光信号的转换。例如，采用在第一透明导电电极和金属层之间设置第一电源，在第三透明导电电极和金属层之间设置第二电源，第一电源的正极与金属层相连，负极与第一透明导电电极相连，第二电源的正极与金属层相连，负极与第三透明导电电极相连，即可实现红外光信号到可见光信号的转换。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述第一透明导电电极、第二透明导电电极和第三透明导电电极独立地包括铟锡氧化物半导体透明导电膜(ITO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)、银纳米线、石墨烯、碳纳米管或金属网格中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：ITO和AZO的组合，银纳米线和石墨烯的组合，石墨烯和碳纳米管的组合，碳纳米管和金属网格的组合等。优选地，所述空穴阻挡层包括N型半导体材料和/或绝缘材料。这里，所述N型半导体材料和/或绝缘材料是指，可以为N型半导体材料，可以为绝缘材料，还可以为N型半导体和绝缘材料的组合。优选地，所述N型半导体材料包括3-苯并-6-(4-氯苯基)哒嗪(BCP)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)、ZnO或SnO中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述绝缘材料包括氟化锂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种或至少两种的组合。作为本专利技术优选的技术方案，所述红外吸收层包括硅、碳化硅、锑化镓、砷化镓、铟镓砷、硫化铅、硒化铅、氧化钒、碳纳米管、黑鳞、石墨烯或氧化石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，优选为硒化铅、碳纳米管或硫化铅中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：硅和碳化硅的组合，碳化硅和锑化镓的组合，砷化镓和铟镓砷的组合，硫化铅和硒化铅的组合，氧化钒和碳纳米管的组合，黑鳞和石墨烯的组合，石墨烯和氧化石墨烯的组合等。优选地，所述介电层包括二氧化硅，氮化硅、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：二氧化硅和氮化硅的组合，氮化硅和聚乙烯吡咯烷酮的组合，聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的组合等。作为本专利技术优选的技术方案，所述金属层包括钡、钙、铝、镁、锡、铜，银、金或铂中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：钡和钙的组合，钙和铝的组合，铝和镁的组合，镁和锡的组合，铜，银和金的组合等。优选地，所述空穴注入层包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)、氧化镍、氧化钼、氧化锡、氧化镁、氧化镍镁或氧化镍锡中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和氧化镍的组合，氧化钼和氧化锡的组合，氧化锡和氧化镁的组合，氧化镍镁和氧化镍锡的组合等。优选地，所述空穴传输层包括聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)、氧化镍、氧化钼或氧化钨中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：聚(9-乙烯基咔唑)和氧化镍的组合，氧化镍和氧化钼的组合，氧化钼和氧化钨的组合等。但并不仅限于上述列举的物质，其他能起到相同作用的物质，例如聚(9,9-二辛基芴-2,7-二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述晶体管包括依次连接的第一透明导电电极、空穴阻挡层、红外吸收层、介电层、金属层、第二透明导电电极、空穴注入层，空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和第三透明导电电极。

【技术特征摘要】
1.一种上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述晶体管包括依次连接的第一透明导电电极、空穴阻挡层、红外吸收层、介电层、金属层、第二透明导电电极、空穴注入层，空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和第三透明导电电极。2.根据权利要求1所述的上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述第一透明导电电极、第二透明导电电极和第三透明导电电极独立地包括铟锡氧化物半导体透明导电膜、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、银纳米线、石墨烯、碳纳米管或金属网格中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述空穴阻挡层包括N型半导体材料和/或绝缘材料；优选地，所述N型半导体材料包括3-苯并-6-(4-氯苯基)哒嗪、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、ZnO或SnO中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述绝缘材料包括氟化锂、聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述红外吸收层包括硅、碳化硅、锑化镓、砷化镓、铟镓砷、硫化铅、硒化铅、氧化钒、碳纳米管、黑鳞、石墨烯或氧化石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，优选为硒化铅、碳纳米管或硫化铅中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述介电层包括二氧化硅，氮化硅、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯或聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1-4任一项所述的上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述金属层包括钡、钙、铝、镁、锡、铜，银、金或铂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述空穴注入层包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、氧化镍、氧化钼、氧化锡、氧化镁、氧化镍镁或氧化镍锡中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述空穴传输层包括聚(9-乙烯基咔唑)、氧化镍、氧化钼或氧化钨中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1-4任一项所述的上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述发光层包括量子点、钙钛矿或有机发光材料的任意一种或至少两种的组合，优选为量子点，进一步优选为CdSe/ZnS量子点；优选地，所述电子传输层包括氧化锌、氧化镁锌、氧化铟、氧化铟锡、氧化钛铌、氧化锡或氧氟化锡中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述电子注入层包括8-羟基喹啉-锂、氟化锂或氧化铝中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求1-5任一项所述的上转换光发射光电晶体管，其特征在于，所述第一透明导电电极、第二透明导电电极和第三透明导电电极的厚度独立地为100-800nm；优选地，所述空穴阻挡层的厚度为10-60nm；优选地，所述红外吸收层的厚度为100-300nm；优选地，所述介电层的厚度为100-300nm；优选地，所述金属层的厚度为50-200nm；优选地，所述空穴注入层的厚度为20-70nm；优选地，所述空穴传输层的厚度为20-60nm；优选地，所述发光层的厚度为30-60nm；优选地，所述电子传输层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小卫，张楠，王恺，徐冰，
申请(专利权)人：深圳扑浪创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44