一种无机化合物和该无机化合物作为Ｎ型掺杂物的有机半导体制成的电子器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种无机化合物和该无机化合物作为Ｎ型掺杂物的有机半导体制成的电子器件及其制造方法。该无机化合物的结构式为ＡｘＢｙＣｚ，Ａ为第Ⅰ主族或第Ⅱ主族元素，Ｂ为第Ⅲ主族元素或第Ｖ主族元素，Ｃ为氢元素；１≤ｘ≤２，ｙ∈［０，１］，１≤ｚ≤４。在有机半导体材料中掺入合适比例的该类无机化合物可以显著改善有机半导体的导电能力，提高电子器件的电气性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机半导体领域，更具体地讲，涉及一种无机化合物作为N型掺杂物， 用于掺杂有机半导体材料的用途。本专利还涉及含有该无机化合物作为N型掺杂物的有机 半导体材料的电子器件。
技术介绍
近年来，随着有机太阳能电池、有机薄膜晶体管、有机整流二极管和有机光电子器 件产业的发展。有机半导体材料受到人们越来越多的关注。有机半导体材料具有种类多样、 制备工艺简单和成本低廉的优点。但是相对于传统的无机半导体材料，有机半导体材料亟 需改善的问题之一就是载流子迁移率的提高。目前，改善这一困难的途径主要有三个。第 一个是合成新型的具有高载流子迁移率的有机半导体材料。从产业化的角度，这种方法无 疑是最佳的途径。但是，合乎要求且可以广泛应用的新型有机半导体材料在合成、分离、提 纯等工艺环节仍然存在许多困难亟需克服。第二个是制备低缺陷高结晶度的有机半导体晶 体。低缺陷高结晶度的有机半导体晶体的制备可以将有机半导体材料内制约载流子传输的 散射单元的数量降到最低，有利于有机半导体材料迁移率的提高。但是，这种方法对制备工 艺的要求非常苛刻，难于应用到产业化中。第三个，也是目前使用最为广泛的方法，是对有 机半导体材料进行掺杂。通过掺入合适的掺杂物，可以增加有机半导体材料内部的载流子 浓度，从而引起有机半导体费米能级的变化。而且掺杂可以增加电荷传输层的电导率，因此 可以减少欧姆损耗，以及改进接触点与有机层间的载流子迁移。与无机半导体技术相似，有 机半导体材料的掺杂也可以分为P型掺杂和N型掺杂。P型掺杂以提高有机半导体内的空 穴浓度为主要目标，而N型掺杂以提高有机半导体内的电子浓度为目标。本专利主要涉及 适用于有机半导体材料N型掺杂的掺杂物。 目前已有的适用于有机半导体材料N型掺杂的掺杂物大体可以分为三大类。第 一类是用活泼金属作为有机半导体材料的N型掺杂物(A卯l. Phys. Lett. 73， 2866 (1998)， EP 1089361-A2, EP 0855848-A2)。掺入此类N型掺杂物可以显著增强有机半导体的导电 能力，但是此类活泼金属的制备和存储都比较困难，且影响器件的制备工艺。第二类是用有 机材料作为有机半导体材料的N型掺杂物(Adv. Funct. Mater. 14， 255 (2004) ， Appl. Phys. Lett. 93， 083505 (2008)， CN1914747)。从产业发展和简化工艺的角度，有机类型的N型掺 杂物有着显著的优势。但是目前的有机类型的N型掺杂物的效果距实际应用的要求还有 一定的距离。第三类是用无机化合物作为有机半导体的N型掺杂物(Appl.Phys丄ett.89， 053518 (2006) ， Adv. Mater. 20， 1456 (2008))。这类材料也是一种比较好的N型参杂物，但是 已公开的用于有机半导体N型掺杂的无机化合物一般所需的蒸发温度较高，掺杂过程中会 影响有机半导体材料的性能。综上可见，研发和寻找应用于有机半导体N型掺杂的掺杂物 仍然是一个需要继续深入的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用作有机半导体N型掺杂物的无机化合物，以改善有 机半导体的导电能力。 本专利技术的另一 目的在于提供一种该无机化合物作为N型掺杂物的有机半导体制 成的电子器件及其制造方法，以提高产品的电气性能。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的 —种用作有机半导体N型掺杂物的无机化合物，其特征在于结构式为AxByCz， A为 第I主族或第II主族元素，B为第III主族元素或第V主族元素，C为氢元素；1《x《2， yG ，l《z《4。在有机半导体材料中掺入合适比例的该类无机化合物可以显著改 善有机半导体的导电能力。 所述化合物AxByCz为KH、 LiH、 Li2NH2、 Li2NH、 LiBH4、 NaBH4、 KBH4或KA1H4。 所述有机半导体材料为喹啉类金属配和物(8-羟基喹啉铝、8-羟基喹啉铍、8-羟 基喹啉锂等)、酞氰类金属配合物(酞氰铜、酞氰锌、锕系金属的酞氰配合物等)、卟啉类金 属配和物(卟啉铜、吓啉锌、吓啉铈、吓啉镨等)、2-(2-甲基-l，8-羟基喹啉)锂、2-(2-甲 基-1 ， 8-羟基喹啉)铝、2- (2-甲基-1 ， 8-羟基喹啉)铍、2- (2-羟基苯基)-5-苯基噁唑铝、 2- (2-羟基苯基)-5-苯基噁唑锌、1-苯基-2- (2-羟基苯基)苯并咪唑铝、1-苯基-2- (2-羟 基苯基)苯并咪唑锌、2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-l，3，4-噁二唑，2，5-双-(4-萘 基)-l，3，4-噁二唑、l，3，5-三(N-苯基-2-苯并咪唑-2)苯、4， 7-二苯基-1， 10-邻菲罗 林，2，9-二甲基-4，7二苯基-1，10-邻菲罗林。 所述的化合物在有机半导体材料中的掺杂比例为O. 01% -30%，优选0. 1% -7%。 —种该无机化合物作为N型掺杂物的有机半导体制成的电子器件，其特征在于所 述的电子有效区域使用至少一种或多种无机化合物AxBy(;， A为第I主族或第II主族元素， B为第III主族元素或第V主族元素，C为氢元素；1《x《2， y G ， 1《z《4。 所述的电子器件形式为有机二极管、有机场效应晶体管或者有机光电子器件。 所述的电子器件的制备方法，特征在于化合物AxByCz掺杂剂的制备方法为真空蒸 镀法。 所述碱金属氢化物掺杂剂的制备方法为真空蒸镀Li2NH2、 Li2NH、 LiBH4、 NaBH4、 腿4、KA1H4。 本专利技术技术方案机理分析将无机化合物AxByCz作为N型掺杂物用于掺杂有机半 导体材料的用途，以改变有机半导体的电气特性。其中，A为第I主族或第II主族元素，B为 第lII主族元素或第V主族元素，C为氢元素；l《x《2，y G ，l《z《4。在蒸镀过 程中，无机化合物AxByCz发生分解，生成化合物ApCq，或者该无机化合物AxByCz不分解。由于 无机化合物、By(;或者其分解产物ApC,的掺入，可以有效的增加有机半导体内部的电子浓 度，提高有机半导体的导电能力。 本专利技术所揭示的AxByCz型无机化合物N型掺杂剂相对于已公开的无机化合物N型 掺杂剂，材料成本低，蒸发温度低，而且材料的工艺可行性好，这有利于产业化生产中生产 成本的降低和工艺制备过程中良率的提高。附图说明 图1是本专利技术的实施例1器件结构示意图； 图2是本专利技术实施例1-3和对比例1的电流密度_电压曲线图； 图3是本专利技术实施例2和4、5的电流密度_电压曲线图 图4是本专利技术的实施例6-8的电流密度_电压曲线图。 图号说明 1 基板 2 阳极层 3 有机半导体材料层 4 阴极层 5 直流电源 下面结合附图通过具体实施例加以说明，本专利技术会变得更加清楚。 具体实施例方式实施例1-5为应用NaBH4作为有机半导体材料N型掺杂物用途的电子器件的实施 方式。 实施例1 参考图l，为本实施例有机二极管的结构剖面图，其中基板1，阳极层2，有机半导 体材料层3，阴极层4，直流电源5。本专利技术实施例中该有机二极管的器件结构如下 玻璃基板/IT0/NaBH4:Alq3 (150nm)/Al (lOOnm) N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用作有机半导体Ｎ型掺杂物的无机化合物，其特征在于：结构式为Ａ↓［ｘ］Ｂ↓［ｙ］Ｃ↓［ｚ］，Ａ为第Ⅰ主族或第Ⅱ主族元素，Ｂ为第Ⅲ主族元素或第Ⅴ主族元素，Ｃ为氢元素；１≤ｘ≤２，ｙ∈［０，１］，１≤ｚ≤４。在有机半导体材料中掺入合适比例的该类无机化合物可以显著改善有机半导体的导电能力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴朝新，焦博，李忠良，毛桂林，
申请(专利权)人：西安交通大学，厦门市东林电子有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]