西工大-黄维团队︱有机发光晶体管的研究取得重要进展

图示. 高效、高亮度的红绿蓝三基色有机发光晶体管

       有机发光晶体管是将有机发光二极管的发光特性和晶体管的电流开关特性高度集成的一类新兴的光电器件，近年来在主动显示、固态照明、有机电泵浦激光器等领域引起了国内外广泛的研究。众所周知，晶体管根据载流子传递通道的方向可分为水平结构和垂直结构晶体管，相应地，有机发光机晶体管根据电子和空穴的注入传输方向也被分为水平和垂直有机发光晶体管。目前大多数研究都集中在水平单层或者多层有机发光晶体管。虽然水平结构能实现较快的载流子注入，但是产生的激子极易被猝灭掉，比如，激子-激子猝灭和激子-极化子猝灭等。此外，水平结构不能提供良好的光学耦合输出微腔结构，导致产生的大部分光子都局限在光腔中被损失掉。因此，如何同时实现有机发光晶体管中载流子、激子、光子的精准调控，是目前该领域面临的重大研究挑战之一。

       针对这一科学难题，西北工业大学柔性电子前沿科学中心黄维院士团队吴忠彬教授等人利用低电压的垂直可渗透型基极薄膜晶体管高度集成高效率的有机发光二极管这一器件设计思想，可同时进行载流子和光子的精确调控。他们实现了高效率、高亮度、低工作电压的垂直有机发光晶体管。红绿蓝三基色有机发光晶体管的最大外量子效率分别高达19.6%、24.6%、11.8%；最大电流效率分别为20.6 cd A-1、90.1 cd A-1、27.1 cd A-1；最大发光亮度分别为9,833 cd m-2、12,513 cd m-2、4,753 cd m-2。所有制备的器件的工作电压均低于5.0 V。这也是目前报道的有机发光晶体管领域的最高器件效率。通过详尽的3D TCAD电学模拟和光学模拟计算表明引入的可渗透型的Al/AlOx基极不仅能够调控载流子的注入和传输，而且能够为光子的耦合输出提供完美的光学微腔结构。该创新性研究成果为探索低压、低功耗、高效率的有机发光晶体管提供了一个基本的器件设计原则和全新途径，而且为发展用于新型柔性主动显示、固态照明、电泵浦有机半导体激光器等领域提供了全新策略。

       该研究工作是以西北工业大学为第一完成单位和通讯单位，西北工业大学吴忠彬教授、北京信息科技大学柳渊教授、德累斯顿工业大学博士生郭二娟为共同第一作者，吴忠彬教授是本论文的唯一通讯作者。德国德累斯顿工业大学的Karl Leo教授团队、德国中部黑森工业大学的Alexander Kloes教授团队、德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍茨研究中心的René Hübner博士等为本工作提供了大力支持。该工作得到了中央高校基础研究经费、国家留学基金委、德国DFG、德国洪堡基金会等的资助和支持。