基本信息
- 项目名称：
- 高性能有机半导体发光与共振隧穿器件
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 随着技术上的突破，有机半导体器件开始在许多应用领域扮演重要的角色，其巨大的发展潜力已经凸显。例如，有机发光器件将会成为新一代显示和半导体照明技术，有机太阳能电池会对能源领域有重大影响，有机薄膜晶体管将被用于下一代电子电路中，等等。 本项目中，我们成功的开发了高性能的有机发光与共振隧穿器件。首先，针对有机发光器件，通过对荧光与磷光发光技术的结合，提出了一种新的器件结构，利用该结构开发的蓝光器件，总的峰值发光效率能够达到26.7 cd/A, 功率效率17.3 lm/W。这一数值要比传统的单层磷光器件高出30%。同时利用此结构，通过使用不同性能的荧光材料，发光效率衰减问题也能够得到解决。在绿光器件中，与传统的单层磷光器件相比，具有新结构的器件能够改善效率衰减达到26%之多。该方法可以广泛的用于改善有机发光器件的性能。 在此基础上，把金属纳米粒子引入有机发光器件中，开发了一种新型的双功能有机半导体器件，在不同的电压驱动下，器件分别具有共振隧穿和发光性能。通过对有机半导体层的厚度和金属纳米粒子浓度的优化，器件的共振隧穿峰的峰谷比能够达到4.6以上，且半高宽小于1.4 V。并且，随着电压的提高，器件具有发光特性。因此，该类型器件可以被用于新型存储设备，振荡电路，或者逻辑电路中。
- 详细介绍：
- 本项目中，我们成功的开发了高性能的有机发光与共振隧穿器件。首先，针对有机发光器件，通过对荧光与磷光发光技术的结合，提出了一种新的器件结构。在该结构中，分别把荧光和磷光材料掺杂到不同的主体材料中，并使用一中间层将这两种类型的材料分开，这样就能够让这两种材料在器件中发挥不同的功能：荧光材料主要用来利用改变载流子的输运，而磷光材料主要用来激子转化。从而能够达到提高发光效率和降低效率衰减的目的。利用该结构开发的蓝光器件，总的峰值发光效率能够达到26.7 cd/A, 功率效率17.3 lm/W。这一数值要比传统的单层磷光器件高出30%。同时利用此结构，发光效率衰减问题也能够得到解决。在绿光器件中，与传统的单层磷光器件相比，具有新结构的器件能够改善效率衰减达到26%之多。该方法可以广泛的用于改善有机发光器件的性能。 在此基础上，把金属纳米粒子引入有机发光器件中，开发了一种新型的双功能有机半导体器件，在不同的电压驱动下，器件分别具有共振隧穿和发光性能。通过对有机半导体层的厚度和金属纳米粒子浓度的优化，器件的共振隧穿峰的峰谷比能够达到4.6以上，且半高宽小于1.4 V。并且，随着电压的提高，器件具有发光特性。器件的主要操作机理在于：由于金属纳米粒子的引入，改变了载流子的输运特征，金属纳米粒子能够限制电荷的自由流动并具有存储电荷的功能，从而使得器件表现出两种不同的操作模式。在低电压下，器件表现出类电容的特性，在高电压下，器件表现出发光二极管特性。因此，该类型器件可以被用于新型存储设备，振荡电路，或者逻辑电路中。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 有机半导体器件已经成为新一代电子技术的一个重要分支，其巨大的发展潜力已经凸显。例如，有机发光器件（OLED）将会被用于新一代显示和半导体照明产品中。本项目中，我们成功的开发了高性能的有机发光与共振隧穿器件。 首先，针对有机发光器件，通过对荧光与磷光发光技术的结合，提出了一种新的FIP器件结构，利用该结构开发的蓝光器件，在100 cd/m2的条件下，总的峰值发光效率能够达到26.7 cd/A, 功率效率17.3 lm/W。这一数值要比传统的单层磷光器件高出30%。同时利用此结构，通过使用不同性能的荧光材料，发光效率衰减问题也能够得到解决。在绿光器件中，与传统的单层磷光器件相比，具有FIP新结构的器件能够改善效率衰减达到26%之多。该方法可以有效的用于改善有机发光器件的性能，从而使得OLED能够更广泛的被用于显示与半导体照明领域。 在此基础上，把金属纳米粒子引入有机发光器件中，开发了一种新型的双功能有机半导体器件，在不同的电压驱动下，器件分别具有共振隧穿和发光性能。通过对有机半导体层的厚度和金属纳米粒子浓度的优化，器件的共振隧穿峰的峰谷比能够达到4.6以上，且半高宽小于1.4 V，达到应用的要求。并且，随着电压的提高，器件具有发光特性。因此，该类型器件可以被用于新型存储设备，振荡电路，或者逻辑电路中。
科学性、先进性
- 与其它技术相比，项目中所提出的技术方法具有明显的优势来提高有机发光与共振隧穿器件的性能，并且该方法具有很强的适用性。首先，采用FIP技术的有机发光器件比目前广泛采用的方法开发的器件表现出更高的发光效率，超过30%。通过选用合适的荧光材料，采用该技术开发的器件在效率衰减方面也能够提高超过26%。 同时，此方法具有工艺简单，适用性强的特点，可以被用来开发其它各种颜色的有机发光器件或其它类型的有机电子器件，如有机太阳能电池。 通过把把金属纳米粒子引入有机发光器件中，开发的新型双功能有机半导体发光/隧穿器件。其表现出很高的共振隧穿和发光特性，达到了应用水平。就其共振隧穿效应来说，其性能明显高于同类有机器件一倍以上，例如，器件的共振隧穿峰的峰谷比能够达到4.6以上。采用该方法开发的器件，结构简单，性能高，易于大面积制备和成本低等特点。
获奖情况及鉴定结果
- 1, 2009年，基于该技术的报告被MRS会议接受； 2，2009年3月到5月，基于此技术参加香港青年发展局的科技创业计划竞赛获得二等奖； 3，2009年，基于该技术撰写的科学论文被德国《高级功能材料》接收并发表； 4，2009年6月，基于此技术开发的OLED原型照明系统获得施奈德能源效益三等奖； 5，2007年12月，由此技术作为一个部分开发的高效能源系统获得中华电力能源创新基金。
作品所处阶段
- 目前处于实验室开发和原型展示阶段
技术转让方式
- 独家授权，合同授权，或合作开发等方式
作品可展示的形式
- 实物+磁盘+现场演示+图片+原型样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- OLED发光技术具有能源转化效率高，寿命长，制备工艺简单等优点，并且是一种面发光光源，能够提供完全不同于传统的点光源或线光源的照明效果。可以普遍的用于新一代显示或半导体照明产品中，不但能够显著提高产品的性能，更能够极大地提升产品的能源利用效率，从而达到节省电力能源，减少温室气体排放的目的。本项目中开发的技术能够将OLED发光性能得到进一步的改善，并且开发了一种新型的混合双功能器件，其能够在很多光电子和微电子领域得到应用，例如，新一代存储器件，逻辑控制电路，以及发光器件等。目前，基于OLED技术的显示和照明市场都在快速的发展过程中，根据行业机构DISPLAYSEARCH预测，OLED用于显示的市场容量能够在2016达到71亿美元，用于半导体照明的市场能够达到60亿美元的规模。同时，基于有机电子技术的器件也能够在其它领域有着广泛的应用，例如，有机存储设备，有机太阳能电池等。
同类课题研究水平概述
- 有机半导体器件是目前半导体技术的一个新的重要分支，随着技术上的突破，有机半导体器件开始在许多应用领域扮演重要的角色，其巨大的发展潜力已经凸显。 而作为发展较早且比较成熟的有机发光器件（OLED）开始在新一代显示产品和高效半导体照明产品领域中显示其独特的优势。国际上许多的研究机构和公司都投入了巨大的资金来开发此技术。 在有机发光技术中，一个重要的技术标准就是发光效率。目前来说，白光OLED器件的发光效率超过40-60lm/W已经在欧美很多机构得以实现，该数值已经超过普通的灯丝发光的几倍（一般来说，灯丝灯泡的效率在10-15 lm/W）。为此，美国能源部提出的技术路线是要求能够在2015年将白光OLED效率提高到150 lm/W。目前来说，一个很重要的阻碍因素是蓝光OLED效率还比较低，但由于蓝光是三元色之一，因此，要实现以上目标，很大程度上要解决蓝光的发光效率。为此，本项目中采用一种新的器件结构，并用于开发蓝光OLED器件，在没有对电荷注入层掺杂的情况下，峰值发光效率就能够达到26.7cd/A，功率效率达到17.3lm/W，接近目前国际同行水平，如果通过与电荷注入层掺杂技术结合，器件效率能够极大地被提高。 另外，目前国际上普遍采用磷光发光技术来提高OLED的峰值发光效率，但该技术的一个缺点就是，随着电流的增加，效率衰减的很严重，从而导致在高亮度下，器件的实际效率很低。虽然很多机构都提出各种解决方案，但实际结果并不理想。为此，采用本项目中开发的FIP器件技术，与同类的单层磷光发光器件相比，效率衰减能够被提高26%之多，从而改善器件的使用性能。 而在有机共振隧穿器件方面，在国际范围内，其还处于比较初级的开发阶段。虽然许多机构提出了各种方案，如超晶格结构等，但器件性能普遍比较低（例如共振隧穿峰的峰谷比低于2，且有很大的峰宽），达不到实际应用的要求。本项目中，通过把纳米技术与有机发光技术结合，开发的有机共振隧穿器件表现出了很好的性能（共振隧穿峰的峰谷比达到4.6,半高宽小于1.4 V），因此，具有很高的应用价值。
