光切換有機發光電晶體

2021-01-16 兩江科技評論


近日，來自法國斯特拉斯堡大學、倫敦大學以及德國柏林洪堡大學的一組研究團隊製備了一種光學可切換的有機發光電晶體器件，區別於以往電控制，通過控制在三原色光範圍內發射的光束同時實現了切換輸出電流和電致變色的雙重外部控制等，相關研究成果以「Optically switchable organic light-emitting transistors」為題發表在Nature Nanotechnology上。

有機發光電晶體(OLETs)是新興的光納米電子應用的關鍵部件，廣泛應用於邏輯電路和智能顯示器。所謂有機發光電晶體(OLETs)，是將有機發光二極體(OLEDs)的光產生功能與有機薄膜電晶體(OTFT)的電流調製(以及信號放大)結合在一起，成為一種極具發展前景的新型器件，在集成光電子學、智能顯示技術和有機雷射器等方面有著巨大的應用前景。

製備有機發光電晶體無需進行多次金屬蒸發，避免了對電極和活性層之間的界面造成損害，可應用於有源矩陣顯示器。根據所施加的偏壓，雙極OLET通道中的複合區域可以朝遠離電極的方向移動，避免金屬引起的激子猝滅。

Capelli等人近期工作發現利用三層異質結構可以提高有機發光電晶體的性能，超過等效有機發光二極體效率100倍以上，同時還報導了與多晶矽背板電晶體的顯示像素相當的一種有機發光電晶體，可以滿足在低電壓和低功耗下運行的需求。

除了將眼光放在致力於提高有機發光電晶體內部電荷載流子的移動、傳輸效率和亮度之外，如何將更多的功能同時集成到單一器件中也是實現可控集成電路的重要挑戰之一。這裡，研究人員就介紹了一種光學可切換的有機發光電晶體（OSOLET）的製備過程，這種電晶體利用外部光源可以實現雙重外部控制，就像目前已有的可電切換的手性發光電晶體，其改變電流方向可以調節WSe2中P-N結的光偏振；以及基於全石墨烯基發光場效應器件，其可進行發射光譜的外部電偏置調諧。然而，這些基於二維材料的多功能發光電晶體，與我們這裡所提到的光切換有機發光電晶體，在電荷傳輸性質和光產生機制方面仍有很多的不同，例如，目前操控「多功能」發光電晶體主要依賴於外部的電驅動，而如果進行光學控制，就能夠同時調節發射光的波長和強度，具有非侵入性、高空間解析度等更多優勢。

在本項研究工作中，研究人員報告了光學可切換有機發光電晶體（OSOLET）的製造過程及其表徵，通過簡單的溶液處理將DAE集成到OLET的發光半導體層中，並使用不同波長照射器件來同時調製輸出電流和電致發光。研究人員展示了在整個可見光譜（綠色，紅色和藍色）上發射的三類OSOLET，它們可以通過可見光和紫外光照射可逆地遠程切換輸出電流和電致發光。此外，利用空間解析度低至遠場衍射極限的線偏振光束，作為一種無掩碼、非侵入性的書寫工具，可以輕鬆地寫入與擦除OSOLET的單像素內的發射圖案，空間解析度為幾微米，響應時間為微秒級。鑑於目前的最小像素尺寸（在最佳「視網膜」顯示器中約為55.5μm），本系統還具有將高密度視覺信息反向編碼成高解析度顯示器的單個像素的能力。未來針對可光學切換的OLET，可以朝較低的驅動功率/電壓下操作並且產生更強的亮度和更高的開/關比的方向努力，總之，本研究為開發新型光學門控，集成全彩顯示器，微型光傳感器，有源光存儲器，光控逆變器和邏輯電路等更多實際應用提供了嶄新的思路。

圖1 OSOLET的分子，能量學和器件結構

a，光致變色聚合物和發光聚合物的化學結構

b，基於DAE的HOMO能級的光切換有機發光電晶體電荷俘獲機制示意圖

圖2 電致發光光譜、光學顯微照片以及光電特性圖

a-c，電致發光光譜和發射圖象

d-f，傳輸特性曲線

g-i，在紫外光和可見光照射下，分別在綠色，紅色和藍色OSOLET中的亮度和光觸發切換曲線

圖3 在輻射周期內可逆地調製OSOLET的電流和亮度

a-f,在紫外線和可見光三次照射周期內綠色、紅色和藍色的OSOLET的漏電流(a-c)與亮度(d-f)變化曲線

圖4 在單個OSOLET中創建和刪除的發射模式

a, Vd = Vg = −100 V下器件的光學圖像

b,紫外線照射後同一器件的暗態光學圖像

c,用聚焦良好的綠色雷射器(532 Nm)寫入OSOLET的「H」發光圖案

d,第二次全光發射狀態下用均勻綠光照射消除圖案

e,均勻紫外線照射後第二次暗態

f,用532 nm雷射寫入的點陣發射圖案，該模式中的暗區是由於雷射強度和/或焦點的變化造成的


 文章連結

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0370-9


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