硅基oleds的研究进展

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1、http://www.paper.edu.cn1硅基OLEDs的研究进展陈树明，周翔中山大学物理科学与工程技术学院，广东广州（510275）E-mail：stszx@mail.sysu.edu.cn摘要：硅基OLEDs是实现硅基（微）显示和光电集成的重要方案之一，近年来受到广泛关注。本文综述了硅基OLEDs的研究进展，主要介绍以导电单晶硅片作为OLEDs载流子注入电极的研究结果，分析和讨论了硅基OLEDs的一些问题及优化器件效率的方案。关键词：硅基，OLED，效率中图分类号：TN383TN8731.引言硅(Si)是一种重要的半导体集成电路材料，但由于硅是间接带隙材料，发光效率低，为了在硅片上

2、实现光电集成，在过去的几十年，人们开展了大量硅基发光材料和器件的研究工[1][2]作，如在硅衬底上集成III-V族发光材料，或者制作多孔硅等。[3-27]近年来，在硅衬底上制作OLEDs（Organiclightemittingdiodes，有机发光二极管），为硅基光电集成开辟了一条新道路。而且，硅基OLED可利用成熟的CMOS技术，可在单个芯片上集成密度高且复杂的电路，从而提供了单芯片显示系统（SOC，SystemOnChip）的解决方案。美国的eMagin公司及英国的MicroEmissive公司是硅基OLED和PLED（聚合物OLED）微显示器的研发先锋，他们将OLED或PLED直接制

3、作在包括有驱动电路、控制电路、接口电路及存储单元的硅单晶集成电路芯片上，减少了系统间互联、成本及尺寸，实现了全彩动态硅基OLED和PLED微显示器，具有广阔的应用前景。图1（a）所示为eMagin公司研制的0.61英寸SVGA全彩动态硅基OLED微显示器（http://www.emagin.com），图1（b）所示为MicroEmissive公司研制的0.24英寸QVGA全彩动态硅基PLED微显示器（http://www.microemissive.com）。(a)(b)图1.(a)eMagin公司研制的硅基OLED微显示器，(b)MicroEmissive公司研制的硅基PLED微显示器。F

4、ig1(a)SibasedOLEDmicro-display,(b)SibasedPLEDmicro-display.1高等学校博士学科点专项科研基金（20040558008）资助课题。-1-http://www.paper.edu.cn因为单晶硅片在可见光区不透明，硅基OLED必须设计成顶发射（top-emittingOLED，即TOLED），使光经由（半）透明顶电极发出，相关的研究主要集中在以下两个方面：[3-15][16-18]（1）直接利用掺杂导电的单晶硅片，如p-Si或n-Si，作为TOLED的电极，研究单晶硅电极表面特性对载流子注入及器件性能的影响，其器件结构如图2（a）所示。（

5、2）在硅衬底表面沉积高反射率的金属膜作为TOLED的电极，而硅仅仅是作为器件[19-22]的衬底，基本不影响器件的发光特性，其器件结构如图2（b）所示。而常规底发射OLED是以镀在玻璃衬底上透明导电铟锡氧化物（ITO）薄膜为阳极，其器件结构如图2（c）所示。本文将重点介绍上述（1）类硅基TOLED的相关研究进展。半透明顶电极半透明顶电极有机层高反射电极有机层高反射电极有机层Si电极Si衬底ITO玻璃(a)(b)(c)图2.(a)（1）类硅基TOLED，(b)（2）类硅基TOLED，(c)常规底发射OLED。Fig2(a)TOLEDwithSielectrode(b)TOLEDwithSisu

6、bstrate(c)ConventionalOLEDwithITO.2．基于单晶硅电极的TOLED[23]重掺杂单晶硅（n-Si和p-Si）的表面功函数约为4.7~4.9eV，接近ITO表面功函数，使之可直接作为TOLED的阳极有效地向有机层注入空穴，硅基TOLED的研究工作也主要集中在利用掺杂单晶硅作为器件阳极。2131994年，Praker和Kim就利用掺杂浓度约为10/cm，高电导率的单晶n-Si和p-Si直[3]接作为电极制备了硅基聚合物（MEH-PPV）TOLED。当使用n-Si和p-Si作为器件阳极注入空穴时，器件（n-Si/SiO2/MEH-PPV/Ca（20nm））在3.5V

7、下启亮，15V下亮度达1002cd/m，但器件外部量子效率只有~0.07%；而器件（p-Si/SiO2/MEH-PPV/Ca（20nm））和上述器件发光性能差不多，表明n-Si和p-Si均可用作TOLED的阳极注入空穴。当使用n-Si和p-Si作为器件阴极注入电子时，器件（n-Si/SiO2/MEH-PPV/Au（10nm））和器件（p-Si/SiO2/MEH-PPV/Au（10nm））也表现出相似的光电特性