CN115985848A - 一种薄膜晶体管驱动的光电器件及制备方法 - Google Patents

一种薄膜晶体管驱动的光电器件及制备方法 Download PDF

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张雪晴
徐宠恩
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Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管驱动的光电器件及制备方法，包括透明衬底，在衬底上制作薄膜晶体管的阵列结构，以具有半导体特性的材料作为有源层，在有源层区域的周围形成有栅极层、源电极和漏电极组成的单元，并在薄膜晶体管区域上形成像素电极和像素定义层；裸露部分的像素电极区域定义为有效发光区域，其像素电极上形成有传输层，并在传输层上形成有一层界面层；界面层上形成发光材料层；发光材料层上有传输层和金属电极；像素电极上的像素定义层可以实现单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸可调，且其制备成本低、重复性高，可有效解决高分辨光电器件外量子效率低、亮度低和漏电流大的问题。

Description

一种薄膜晶体管驱动的光电器件及制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术，尤其涉及一种薄膜晶体管（TFT，thin film transistor）驱动的光电器件及制备方法。
背景技术
随着可穿戴器件、微显示技术和元宇宙人机交互设备的发展，基于碳纳米管做场效应晶体管沟道材料的高分辨发光二极管是一种较理想的显示产品。和目前常见发光二极管中的TFT有源层沟道材料相比，硅材料晶体管的尺寸再缩小难度加大，芯片的性能提升已接近物理极限，且硅晶体管本身的迁移率范围，限制了其在上述领域的发展。而半导体碳纳米管具有迁移率高、柔性强度高和易于大规模制备等优点，能提高迁移率来满足高分辨发光二极管；有源层方面，对于 III-V、IV-VI 族半导体需要高质量的外延层和巨量转移技术，上述这些因素均导致了生产成本提高且阻碍量产的可能。钙钛矿量子点发光二极管作为一种可能替代传统发光二极管的新兴器件，在激光、发光二极管、太阳能和 X 射线探测等领域有广泛的应用前景。但是，目前通过非外延生长有源层而制备高分辨发光二极管像素点的技术非常有限。
目前制备高分辨量子点发光二极管（QLEDs, Quantum Dot Light EmittingDiodes）的技术路线包括两种，一种是通过喷墨打印（IJP， Ink-Jet Print），直接制备有源层；另一种是通过量子点复合到薄膜基材中作为色转换层，通过有序分子自组装技术实现致密无缺陷的量子点单层膜，并结合转移印刷技术实现亚微米像素点。尽管通过喷墨打印和色转换量子点单层膜，能够制备高外量子效率的量子点发光二极管，但制备芯片结构为微米尺度的高效率钙钛矿量子点发光二极管仍然有限。
综上所述，如何通过低成本制备高性能且高分辨发光与光电器件的工艺，将成为业界满足未来市场需求的主要技术方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种薄膜晶体管驱动的光电器件及制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，薄膜晶体管为底栅结构，通过以下方法制备得到：
（1）在透明衬底上覆盖导电材料，形成一层导电层；
（2）在导电层上涂覆光刻胶；
（3）进行刻蚀、去胶、剥离工艺，去除未被保护的导电层和剩余的光刻胶，形成栅极层和电容的下极板层；
（4）在栅极层上覆盖栅极绝缘层；
（5）在栅极绝缘层上方形成有源层；
（6）有源层上方覆盖导电层，对导电层两端进行过孔刻蚀，形成源极、漏极和电容上极板层；
（7）在源电极、漏电极、电容上极板层及剩余区域的上方形成钝化层，向电容上极板层方向向下蚀刻制备出走线区域；
（8）在钝化层内裸露的电容上极板层走线及其附近的区域形成像素电极；
（9）在像素电极附近的钝化层和像素电极临近钝化层的区域上形成像素定义层，以使像素电极的中心区域裸露出来，这部分裸露的像素电极区域定义为有效发光区域，形成TFT基底；
（10）在TFT基底的像素电极上沉积空穴传输层，空穴传输层覆盖在裸露的像素电极的区域上；
（11）在空穴传输层上形成一层界面层；
（12）在界面层上形成一层发光材料层；
（13）在发光材料层上形成电子传输层；
（14）在电子传输层上形成金属电极，并将金属电极延伸至发光材料层的其中一侧上。
进一步地，所述空穴传输层和电子传输层在不同的应用中，膜层顺序可以相反；所述发光材料层与界面层直接接触。
进一步地，通过调节覆盖在像素电极附近的钝化层的尺寸和像素电极临近钝化层的区域上钝化层的尺寸，而调节像素电极中心区域裸露的尺寸，而调节发光区域的特征尺寸。
进一步地，像素定义层的材料为有机薄膜和无机材料；钝化层的材料为一层或多层无机材料；源电极、漏电极的材料为一种或多种金属层或有机半导体材料；有源层的材料为具有半导体特性的材料；栅极绝缘层的材料为具有绝缘特性且膜层致密的一层或多层的绝缘材料；栅极层的材料为小于或等于5 μΩ·cm的低电阻率导电材料；发光材料层为钙钛矿纳米晶、量子点材料、有机/无机杂化材料、III-V族材料、II-VI族材料、IV-VI族材料、稀土材料、氧化物材料、半导体纳米材料、聚集态诱导发光材料、绝缘材料中的一种或多种的组合。
进一步地，通过微纳加工工艺步骤限制形成电子传输层及空穴传输层的位置，而使仅在像素定义层内形成有电子传输层及空穴传输层。
上述的制备方法制备的薄膜晶体管驱动的光电器件。
一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，薄膜晶体管为顶栅结构，通过以下方法制备得到：
（1）在透明衬底上覆盖半导体沟道材料；
（2）在半导体沟道材料上涂覆光刻胶；
（3）进行刻蚀、去胶、剥离工艺，去除未被保护的半导体沟道材料和剩余的光刻胶，形成有源层；
（4）在有源层上覆盖栅极绝缘层；
（5）在栅极绝缘层上方形成栅极层和电容下极板层；
（6）在栅极层和电容下极板层上覆盖钝化层，向钝化层下方的有源层方向，进行过孔刻蚀，随后在接触孔、电容下极板层上方的介质层上，沉积导电层，形成源电极、漏电极和电容上极板层；
（7）在源电极、漏电极、电容上极板层及剩余区域的上方形成钝化层，向电容上极板方向向下蚀刻制备出走线区域；
（8）在钝化层内裸露的电容上极板层走线及其附近的区域形成像素电极；
（9）在像素电极附近的钝化层和像素电极临近钝化层的区域上形成像素定义层，以使像素电极的中心区域裸露出来，这部分裸露的像素电极区域定义为有效发光区域，形成TFT基底；
（10）在TFT基底的像素电极上沉积空穴传输层，空穴传输层覆盖在裸露的像素电极的区域上；
（11）在空穴传输层上形成一层界面层；
（12）在界面层上形成一层发光材料层；
（13）在发光材料层上形成电子传输层；
（14）在电子传输层上形成金属电极，并将金属电极延伸至发光材料层的其中一侧上。
进一步地，所述空穴传输层和电子传输层在不同的应用中，膜层顺序可以相反；所述发光材料层与界面层直接接触。
进一步地，通过调节覆盖在像素电极附近的钝化层的尺寸和像素电极临近钝化层的区域上钝化层的尺寸，而调节像素电极中心区域裸露的尺寸，而调节发光区域的特征尺寸。
进一步地，像素定义层的材料为有机薄膜或无机材料；钝化层的材料为一层或多层无机材料；源电极、漏电极的材料为一种或多种金属层或有机半导体材料；有源层的材料为具有半导体特性的材料；栅极绝缘层的材料为具有绝缘特性且膜层致密的一层或多层的绝缘材料；栅极层的材料为小于或等于5 μΩ·cm的低电阻率导电材料；发光材料层为钙钛矿纳米晶、量子点材料、有机/无机杂化材料、III-V族材料、II-VI族材料、IV-VI族材料、稀土材料、氧化物材料、半导体纳米材料、聚集态诱导发光材料、绝缘材料中的一种或多种的组合。
进一步地，通过微纳加工工艺步骤限制形成电子传输层及空穴传输层的位置，而使仅在像素定义层内形成有电子传输层及空穴传输层。
上述的制备方法制备的薄膜晶体管驱动的光电器件。
本发明的有益效果是：像素电极上的像素定义层可以实现单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸可调，可有效解决高分辨光电器件外量子效率低、亮度低和漏电流大的问题。所述光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，可以低成本制备高性能且高分辨发光与光电器件，而且所述制备的驱动器件可以拓展至生物传感领域，同时所述制备的驱动器件可以实现透明化，并可以集成到其他器件中，且不影响原来的器件性能。
附图说明
图1为底栅结构的TFT基底的剖面示意图；
图2为顶栅结构的TFT基底的剖面示意图；
图3为光电器件的剖面示意图；
图4为以底栅结构为TFT基底的光电器件的剖面示意图；
其中，透明衬底1、栅极层2、电容下极板层3、栅极绝缘层4、有源层5、源电极6、漏电极7、电容上极板层8、钝化层9、像素电极10、像素定义层11、TFT基底12、空穴传输层13、界面层14、发光材料层15、电子传输层16、金属电极17。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明的一种薄膜晶体管驱动的光电器件及制备方法，该光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米。以钙钛矿发光二极管(PeLED)为例，一般单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸大于等于50微米而小于等于500微米是小型钙钛矿发光二极管（mini-PeLED），单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于50微米是微型钙钛矿发光二极管（micro-PeLED）。具体的，如图4所示，一种薄膜晶体管(TFT）驱动的光电器件，光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，薄膜晶体管为底栅结构，如图1所示，包括：
（1）在透明衬底1上覆盖导电材料，形成一层导电层；
提供一透明衬底1，透明衬底1的材料可为无碱玻璃、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或蓝宝石衬底等。
以无碱玻璃为例，通常，透明玻璃衬底在使用前可用毛刷、二流体、去离子水、有机溶液（如丙酮、异丙醇）等中进行超声清洗后，用氮气（N2）进行吹干；再使用紫外线(UV)、臭氧或等离子体辐照衬底，清洁表面，在透明玻璃衬底上形成导电层，导电层可由物理气相沉积（PVD）沉积。导电层的材料可为铜(Cu)、钼(Mo)、铝(Al) 、钛（Ti）、镍（Ni）等中的任一者或多种材料的组合，如AlNd/MoNb叠层结构，或其他导电材料。导电层可以通过如磁控溅射、电子束蒸发等中的至少一种工艺形成。厚度在100 nm~2微米范围之间。
在一实施例中，单层金属Mo的厚度为100 nm 至400 nm之间的任一值，要求成膜均匀性至少优于5%。
（2）在导电层上涂覆光刻胶；
导电层上的光刻胶层可以是正胶，也可以是负胶，使用旋涂机在导电层上旋涂光刻胶，所涂覆的光刻胶膜层的厚度在350nm~2微米左右；利用掩模版，对光刻胶进行图形化，使导电层的栅极层2和电容下极板层3被剩余的光刻胶保护起来，而导电层上除栅极层2和电容下极板层3以外的区域的光刻胶被显影洗掉，裸露出来；
以负性光刻胶为例，然后利用基于无金属离子有机TMAH (四甲基氨基氢氧化钠)的水溶性碱显影液进行显影，洗掉未被曝光的负性光刻胶，可得到被曝光的负性光刻胶。
以正性光刻胶为例，然后利用基于水溶性显影液进行显影，洗掉被曝光部分的正性光刻胶，可得到未被曝光的图案化的正性光刻胶。
（3）进行刻蚀、去胶、剥离工艺，去除未被保护的导电层和剩余的光刻胶，形成栅极层2和电容下极板层3；
根据对刻蚀精度和可控性的要求而定，可选用湿法刻蚀和干法刻蚀，在一实施例中，利用湿法刻蚀未被保护的导电层区域，并要求栅电极图案的边缘角度一般控制在60°以下。
在一实施例中，利用干法刻蚀技术，可使用氯（Cl）系气体，刻蚀未被保护的导电层，然后经过剥离工艺得到栅极层2和电容下极板层3，用剥离液如异丙醇（IPA）润洗数次，洗掉剩余的光刻胶；
在一实施例中，也可以利用刻蚀液对未被保护的导电层进行适当速率的湿法刻蚀，然后经剥离工艺洗掉可以得到栅极层2和电容下极板层3；
（4）在栅极层2上覆盖栅极绝缘层4；
栅极绝缘层4可以为氧化硅（SiOx）、氮化硅（SiNx）、氢化氮化硅（SiNx：H）等一种或叠层材料或其他相对介电常数较高的绝缘材料。栅极绝缘层4的厚度在50～350 nm左右。
（5）在栅极绝缘层4上方形成有源层5；
有源层5的材料可以是碳纳米管（carbon nanotube）、二硫化钼(MoS2) 、石墨烯等，厚度为10 nm 至500 nm之间的任一值。
栅极绝缘层4的材料和有源层5的材料可以利用如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、原子层沉积（ALD）等方式制备。栅极绝缘层4通过硅烷（SiH4）反应沉积，或其他气体分子反应，在栅极层2上整面沉积栅。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，然后在PECVD机台中沉积一层氮化硅（SiNx)薄膜，作为栅极绝缘层4，然后连续沉积有源层5，针对有源层5的刻蚀一般采用干法刻蚀模式，因此必须保证有源层5和栅极绝缘层4的选择比较大，同时要求有源层5的边缘角度不能太陡峭。
（6）有源层5上方覆盖导电层，对导电层两端进行过孔刻蚀，形成源电极6、漏电极7和电容上极板层8；
源电极6、漏电极7和电容上极板层8的材料可以选择导电材料如钼（Mo）、铝(Al)、铜(Cu)等一种材料或叠层材料如MoMoNb/AlNd/MoNb或Ti/Al/Ti或Mo/Al/Mo的三明治结构，厚度在100 nm~2微米左右。源电极6、漏电极7和电容上极板层8的材料可以利用如磁控溅射、电子束蒸发等方式沉积导电层。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，源电极6、漏电极7和电容上极板层8的材料采用Ti/Al/Ti叠层的三明治结构，在磁控溅射机台中沉积Ti/Al/Ti，薄膜厚度大约为550nm，三层薄膜的厚度大约分别为50nm、400nm、100nm，成膜均一性的一般要求是小于10%，然后在金属电极薄膜上进行光刻胶涂覆，对光刻胶进行图案化后刻蚀，形成源电极6、漏电极7、电容上极板层8。
（7）在源电极6、漏电极7、电容上极板层8及剩余区域的上方形成钝化层9，向电容上极板层8方向向下蚀刻制备出走线区域；
钝化层9的材料可以选择氧化硅（SiOx）、氮化硅（SiNx）薄膜、低相对介电常数（lowk)的有机薄膜如聚酰亚胺（PI）作为钝化层9或有机物（PR胶等）。厚度根据材料不同而不同，有机层厚度在500 nm~2 μm之间，无机层在100 nm~500 nm之间。钝化层9可以利用如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、原子层沉积（ALD）等技术，将钝化层整面性覆盖在源电极6、漏电极7、电容上极板8及剩余区域的上方后，然后向电容上极板层8方向向下刻蚀制备出走线区域。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，然后采用化学气相沉积如PECVD沉积氮化硅（SiNx）薄膜，厚度约为200nm左右，然后涂覆光刻胶，利用掩膜版进行曝光、显影之后进行接触孔刻蚀，形成钝化层9。
（8）在钝化层9内裸露的电容上极板层8走线及其附近的区域形成像素电极10；
像素电极10的材料一般选用的是透明导电氧化物薄膜ITO或ITO/Ag/ITO等叠层结构，厚度为100~200nm之间 。ITO薄膜一般都采用磁控溅射技术沉积。
在一实施例中，先进行成膜前清洗，然后在磁控溅射（sputter）中沉积ITO/Ag/ITO薄膜，工艺气体为惰性气体Ar和适当的氧气（O2），然后进行像素电极10的图形化，涂覆光刻胶，利用掩膜版进行曝光、显影，然后进行ITO/Ag/ITO薄膜的刻蚀，由于一般对像素电极10的薄膜的形貌没有特别需求，因此可以选用湿法刻蚀，形成像素电极10。
（9）在像素电极10附近的钝化层9和像素电极10临近钝化层9的区域上形成像素定义层11，以使像素电极10的中心区域裸露出来，形成TFT基底12；
像素定义层11的材料主要如有机材料聚酰亚胺（PI）、无机绝缘材料如二氧化硅（SiO2）或氮化硅（SiNx)、导电率低的材料如氧化铝（Al2O3）等不导电材料。像素定义层11的厚度为1~2 μm左右 。
在一实施例中，先进行成膜前清洗，然后进行涂覆、固化，固化采用的工艺条件为270 ℃，烘烤时间为60 min，膜层厚度为1.6 μm左右，最后用干法刻蚀形成像素定义层11。
（10）在TFT基底12的像素电极10上沉积空穴传输层13，空穴传输层覆盖在裸露的像素电极的区域上；
在一实施例中，空穴传输层13，其包括氧化镍（NiOx）和聚(9-乙烯基咔唑)（PVK）。氧化镍（NiOx）溶液通过真空旋涂机以4000 r.p.m.转速旋涂60 s，涂覆到TFT基底12上，然后对旋涂完NiOx的结构进行150 ℃退火20 min。之后再进行PVK旋涂，开启真空旋涂机以4500 r.p.m.转速旋涂60 s，然后放置到热台上进行150 ℃退火30 min而形成。
在一实施例中，基于下述给定的任一种发光材料层15，基于不同的器件用途如光电器件中的光电探测器等，这里的空穴传输层13也可以是电子传输层16；
空穴传输层13可为有机空穴传输层和无机空穴传输层，其中有机空穴传输层有但不限于：TFB、PTAA、TAPC、PEDOT:PSS、Poly-TPD、PVK、TCTA、CBP、TPD、CuPc、M-MTDATA、NPB、Rubrene、Perovskite中的至少一者；无机空穴传输层有但不限于：氧化铜(CuO)、氧化镍(NiOx)、三氧化钼(MoO3)、三氧化钨(WO3)、五氧化二钒(V2O5) 中的至少一者。
在一实施例中，空穴传输层13的厚度可根据不同器件的需求而设计。
（11）在空穴传输层13上形成一层界面层14。
在一实施例中，界面层14为氟化锂（LiF）层，界面层14还可为氟化钠（NaF）、氟化钾（KF）、氟化铷（RbF）、氟化铯（CsF）、氟化镁（MgF2）、氟化钙（CaF2）等中的一种或者多种的组合。在一实施例中，界面层14的厚度为0.7 nm 至1.3 nm之间的任一值，较佳的，界面层14的厚度为1nm。在一实施例中，将经步骤（10）形成的结构转移到真空镀膜机中进行极性界面，如LiF，蒸镀。真空蒸镀的气压为5 × 10-4 Pa，蒸镀速率由石英晶振片测量，蒸镀速率为0.1nm/s，直至蒸镀完成。
其中界面层14可起到绝缘的作用。
（12）在界面层14上形成有一层发光材料层15；
发光材料层15可为由任何电致发光的材料形成，目前现有的或随着技术的发展产生的任何电致发光的材料均在本申请的保护范围内。优选的，为量子点材料，也可以是钙钛矿材料与有机材料、III-V族材料、II-VI族材料、IV族材料、稀土材料、氧化物材料、半导体纳米材料、聚集体诱导发光材料（AIE）、绝缘材料等中的一种或多种的组合。较佳的，在一实施例中，发光材料层15为钙钛矿。金属卤化物钙钛矿作为新兴的半导体材料其性能与III-V族材料相似。其作为一类低成本和可溶液法制备的半导体材料，表现出了优异的光电性能，如带隙可调、荧光量子产率高、离子迁移距离长和发光带隙窄等特点。
以发光材料层15为钙钛矿材料层为例，经步骤（11）之后的结构转移到充满高纯氮的手套箱旋涂钙钛矿材料层作为发光材料层15。具体的，钙钛矿前驱体溶液为MOPEAnCsxFA1-xPbnBr3n+1，其由110 mg的溴化铅（PbBr2）、64 mg的溴化铯（CsBr）、6 mg的甲脒氢碘酸盐（FABr）和28 mg的2-（4-甲氧基苯基）乙胺氢溴酸盐（MOPEABr）和5.5 mg的18-冠醚-6溶解在1 mL的二甲基亚砜（DMSO）溶液中，溶液浓度为0.3 M。随后将配好的0.3 M钙钛矿前驱体溶液，吸取50 μL以4000 r.p.m.转速旋涂60 s 涂布到界面层14上，并在70oC退火10 min。
在一实施例中，钙钛矿材料层的结构式为ABX3，其中A位是一价阳离子，B位是二价阳离子，X位是卤素阴离子。A位阳离子包括：铯离子(Cs+)、甲胺离子(MA+)、甲眯离子(FA+)、乙胺离子(EA+)、肼离子(HA+)、胍离子(GA+)、异丙基胺离子(IPA+)、咪唑离子(IA+)等。B位阳离子包括：铅离子(Pb2+)、锡离子(Sn2+)、锗离子(Ge2+)、铟离子(In2+)、铋离子(Bi2+)等。X位阴离子包括：氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)、碘离子(I-)等，钙钛矿材料层可以为一维、准二维、三维组分中的一种或者多种的组合。
在一实施例中，发光材料层15的厚度可根据不同器件的需求而设计。
另发光材料层15位于界面层14上，具体的，发光材料层15与界面层14直接接触，以使发光材料更容易铺展开，发光材料如钙钛矿溶液在界面层14上会与界面层14结合的更加紧密，从而提高形成的发光材料层15的表面的平整度。
（13）在发光材料层15上形成有一层电子传输层16；
在一实施例中，采用蒸镀工艺形成电子传输层16。电子传输层16的名称为2，2'，2“-（1,3,5-苯并咪唑）-三（1-苯基-1-H-苯并咪唑）（TPBi），真空蒸镀的气压为5 × 10-4 Pa，蒸镀速率由石英晶振片测量，蒸镀速率为0.4 nm/s，直至蒸镀完成。在一实施例中，电子传输层16的厚度为40 nm 至50 nm之间的任一值，较佳的，电子传输层16的厚度为45 nm。
在一实施例中，基于下述给定的任一种发光材料层15，基于不同的器件用途如光电器件中的光电探测器等，这里的电子传输层16也可以是空穴传输层13；
电子传输层16仅覆盖发光材料层15上。
电子传输层16可为有机电子传输层和无机电子传输层两大类，其中有机电子传输层有但不限于：TPBi、BAlq、Phen-m-PhDPO、POPy2、PO-T2T、Alq3、B3PYMPM等中的至少一者；无机电子传输层有但不限于：Ga2O3、Si3N4、ZrO2、V2O5、Al2O3、NiOx、MoO3、ZnO、MgO、NiO、SnO2、TiO2等中的至少一者。
如上所述，本申请通过像素定义层11区域的尺寸可调，而使得后续形成的电子传输层16的尺寸可调，也即光电器件的发光面积大小可调，进而实现单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸可调，也即像素定义层11作为特征尺寸限制层，并结合钝化层9实现小型与微型光电器件。如此，不但使器件结构优化，且解决了小型与微型光电器件外量子效率低、亮度低和漏电流大的问题，另本申请的光电器件在制造的过程中除了薄膜晶体管部分制程中需引入刻蚀工艺，再定义发光层步骤以后均无需刻蚀工艺，从而避免了刻蚀工艺中的化学腐蚀、离子束或电子束刻蚀对发光材料层15造成的严重破坏，导致批量制备中的光电器件坏点多、加工难度大、耗时长等缺点。
（14）在电子传输层16上形成金属电极17，并将金属电极延伸至发光材料层的其中一侧上。
在一实施例中，通过金属电极蒸镀工艺形成金属电极17。在一实施例中，通过掩模版限制形成金属电极17的区域。在一实施例中，金属电极17的宽度为150 μm至250 μm之间的任一值，厚度一般300nm以内。在一实施例中，在金属电极蒸镀过程中依次蒸镀电极材料LiF和金属Al，蒸镀速率由石英晶振片测量，LiF蒸镀速率为0.1 nm/s，LiF的厚度为0.8nm至1.2nm之间的任一值，Al电极的厚度为80 nm至120nm之间的任一值。较佳的，LiF的厚度为1nm，Al电极的厚度为100nm。在一实施例中，金属电极17具有高导电率的氧化物和金属材料，高导电率的氧化物包括ITO、FTO、TCO等透明电极，金属材料包括Al、Mg、Ca、Ag、Cu、Mg:Ag、Li:Al、Mn等。
实施例2：
本发明的一种薄膜晶体管(TFT）驱动的光电器件，光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，薄膜晶体管为顶栅结构，如图2所示，包括：
（1）在透明衬底1上覆盖半导体沟道材料；
提供一透明衬底1，透明衬底1的材料可为无碱玻璃、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或蓝宝石衬底等。
以无碱玻璃为例，通常，透明玻璃衬底在使用前可用毛刷、二流体、去离子水、有机溶液（如丙酮、异丙醇）等中进行超声清洗后，用氮气（N2）进行吹干；再使用紫外线(UV)、臭氧或等离子体辐照衬底。
清洁表面后，在透明玻璃衬底上形成半导体沟道层，有源层可由CVD、ALD等设备沉积而成。有源层5的材料可以是碳纳米管、二硫化钼(MoS2) 、石墨烯等，厚度为10 nm 至500nm之间的任一值。
（2）在半导体沟道材料上涂覆光刻胶；
有源层上的光刻胶层可以是正胶，也可以是负胶，使用旋涂机在有源层上旋涂光刻胶，所涂覆的光刻胶膜层的厚度在350nm~2微米左右；利用掩模版，对光刻胶进行图形化。
以负性光刻胶为例，然后利用基于无金属离子有机TMAH的水溶性碱显影液进行显影，洗掉未被曝光的负性光刻胶，可得到被曝光的负性光刻胶。
以正性光刻胶为例，然后利用基于水溶性显影液进行显影，洗掉被曝光部分的正性光刻胶，可得到未被曝光的图案化的正性光刻胶。
（3）进行刻蚀、去胶、剥离工艺，去除未被保护的半导体沟道材料和剩余的光刻胶，形成有源层5；
要求有源层5的刻蚀倾角不能太高（60°以下），有利于后续膜层的覆盖；
根据对刻蚀精度和可控性的要求而定，可选用湿法刻蚀和干法刻蚀；
在一实施例中，利用湿法刻蚀未被保护的导电层区域，利用刻蚀液对未被保护的有源层进行适当速率的湿法刻蚀，并要求栅电极层的刻蚀倾角一般控制在60°以下，有利于后续膜层覆盖。然后经剥离工艺洗掉剩余的光刻胶，得到图案化的有源层；
在一实施例中，利用干法刻蚀技术，刻蚀未被保护的有源层，然后经过剥离工艺用剥离液如异丙醇（IPA）润洗数次，洗掉剩余的光刻胶，得到图案化的有源层；
（4）在有源层5上覆盖栅极绝缘层4；
栅极绝缘层4的材料可由PECVD、ALD等设备沉积。栅极绝缘层4可以为SiOx、SiNx、SiNx:H等一种或叠层材料或其他相对介电常数较高的绝缘材料。栅极绝缘层4可通过SiH4气体或其他气体分子反应沉积，栅极绝缘层4的厚度在50～500 nm左右。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，然后在PECVD机台中沉积一层SiNx薄膜，作为栅绝缘层4，薄膜厚度在80~150nm范围内；
（5）在栅极绝缘层4上方形成栅极层2和电容下极板层3；
栅极层2和电容下极板层3的材料可以通过如磁控溅射、电子束蒸发等设备沉积，可为铜(Cu)、钼(Mo)、铝(Al) 、钛（Ti）、镍（Ni）等中的任一者或多种金属材料的组合，如AlNd/MoNb叠层结构，或其他导电材料如ITO等。导电层厚度在100 nm~2微米范围之间。
在一实施例中，单层金属Mo的厚度为100 nm 至400 nm之间的任一值，要求成膜均匀性至少优于5%。
（6）在栅极层2和电容下极板层3上覆盖钝化层9，向钝化层9下方的有源层5方向，进行过孔刻蚀，随后在接触孔、电容下极板层3上方的介质层上，沉积导电层，形成源电极6、漏电极7和电容上极板层8；
钝化层9的材料可以由PECVD、ALD等设备进行沉积，材料可以选择介质材料如SiO2、SiNx的单层或叠层，厚度在100 nm~2微米左右。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，然后在PECVD机台中沉积一层氧化硅（SiO2)，薄膜厚度在100 nm~800 nm之间。然后进行图案化，在ICP机台中，可利用F系气体对介质薄膜向下方有源层方向，进行过孔刻蚀。
随后在接触孔处、电容下极板层3上方的钝化层9上，沉积导电层。源电极6、漏电极7、电容上极板层8可以由磁控溅射、电子束蒸发等设备进行沉积，材料可以选择导电金属如钼（Mo）、铝（Al）、铜（Cu）等一种材料或叠层材料如MoMoNb/AlNd/MoNb、Ti/Al/Ti、Mo/Al/Mo等的三明治结构或其他导电材料，厚度在100 nm~2微米左右。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，在磁控溅射机台中沉积Ti/Al/Ti，薄膜厚度大约为550nm，三层薄膜的厚度大约分别为50nm、400nm、100nm，成膜均一性的一般要求是小于10%，然后在金属电极薄膜上进行光刻胶涂覆，对光刻胶进行图案化后刻蚀，形成源电极6、漏电极7、电容上极板层8。
（7）在源电极6、漏电极7、电容上极板层8及剩余区域的上方形成钝化层9，向电容上极板层8方向向下蚀刻制备出走线区域；
钝化层9的材料可以选择SiOx、SiNx薄膜或有机物（PR胶等）作为钝化层9。厚度根据材料不同而不同，有机层厚度在500 nm~2 μm之间，无机层在100 nm~500 nm之间。钝化层9可以利用如PECVD、ALD等技术，整面性覆盖钝化层9，然后向电容上极板层8方向向下刻蚀制备出走线区域。
在一实施例中，首先进行成膜前清洗，然后在PECVD机台中沉积SiNx薄膜，厚度约为200nm左右，然后涂覆光刻胶，利用掩膜版进行曝光、显影，之后进行接触孔刻蚀，进行钝化层9的图形化。
（8）实施例2中的顶栅结构的薄膜晶体管驱动的光电器件，如图3所示，涉及到的像素电极10、像素定义层11、TFT基底12、空穴传输层13、界面层14、发光材料层15、电子传输层16、金属电极17等膜层，其材料和制备方法与实施例1中的底栅结构的薄膜晶体管驱动的光电器件相同。
上述的薄膜晶体管(TFT)驱动的光电器件为发光二极管。但本发明的光电器件还可拓展到其它光电器件领域，包括但不限于太阳能电池、光电探测器、荧光薄膜、荧光粉、半导体晶体管、激光光电子器件与材料等方面。采用本发明提供的方法制造的小型与微型发光二极管可被应用于显示屏（高端电视、手机、电脑和iPad等电子产品的屏幕）、智能手表、可穿戴设备、AR智能眼镜、微型投影仪等。小型与微型发光二极管还可以和柔性基板结合，实现柔性显示。小型化发光二极管还能够实现背光显示器（电视机屏幕和车载显示器等）、RGB小间距显示器等。
在一实施例中，本发明提供的光电器件及光电器件及制备方法适用于小型及微型光电器件，其中单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸大于等于50微米而小于等于500微米是小型光电器件，单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于50微米是微型光电器件。
本发明提供的光电器件还可通过：方法一、直接在小于或等于五百微米尺寸的小型或微型衬底上制备出；或方法二、将常规尺寸的光电器件通过刻蚀方法制备出，刻蚀方法包括激光加工、等离子体刻蚀、FIB刻蚀、EBL刻蚀等。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，薄膜晶体管为底栅结构，其特征在于，通过以下方法制备得到：
（1）在透明衬底上覆盖导电材料，形成一层导电层；
（2）在导电层上涂覆光刻胶；
（3）进行刻蚀、去胶、剥离工艺，去除未被保护的导电层和剩余的光刻胶，形成栅极层和电容的下极板层；
（4）在栅极层上覆盖栅极绝缘层；
（5）在栅极绝缘层上方形成有源层；
（6）有源层上方覆盖导电层，对导电层两端进行过孔刻蚀，形成源极、漏极和电容上极板层；
（7）在源电极、漏电极、电容上极板层及剩余区域的上方形成钝化层，向电容上极板层方向向下蚀刻制备出走线区域；
（8）在钝化层内裸露的电容上极板层走线及其附近的区域形成像素电极；
（9）在像素电极附近的钝化层和像素电极临近钝化层的区域上形成像素定义层，以使像素电极的中心区域裸露出来，这部分裸露的像素电极区域定义为有效发光区域，形成TFT基底；
（10）在TFT基底的像素电极上沉积空穴传输层，空穴传输层覆盖在裸露的像素电极的区域上；
（11）在空穴传输层上形成一层界面层；
（12）在界面层上形成一层发光材料层；
（13）在发光材料层上形成电子传输层；
（14）在电子传输层上形成金属电极，并将金属电极延伸至发光材料层的其中一侧上。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层和电子传输层在不同的应用中，膜层顺序可以相反；所述发光材料层与界面层直接接触。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，通过调节覆盖在像素电极附近的钝化层的尺寸和像素电极临近钝化层的区域上钝化层的尺寸，而调节像素电极中心区域裸露的尺寸，而调节发光区域的特征尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，像素定义层的材料为有机薄膜和无机材料；钝化层的材料为一层或多层无机材料；源电极、漏电极的材料为一种或多种金属层或有机半导体材料；有源层的材料为具有半导体特性的材料；栅极绝缘层的材料为具有绝缘特性且膜层致密的一层或多层的绝缘材料；栅极层的材料为小于或等于5 μΩ·cm的低电阻率导电材料；发光材料层为钙钛矿纳米晶、量子点材料、有机/无机杂化材料、III-V族材料、II-VI族材料、IV-VI族材料、稀土材料、氧化物材料、半导体纳米材料、聚集态诱导发光材料、绝缘材料中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，通过微纳加工工艺步骤限制形成电子传输层及空穴传输层的位置，而使仅在像素定义层内形成有电子传输层及空穴传输层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的薄膜晶体管驱动的光电器件。
7.一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，光电器件的单个发光像素点或有效工作区域的特征尺寸小于等于500微米，薄膜晶体管为顶栅结构，其特征在于，通过以下方法制备得到：
（1）在透明衬底上覆盖半导体沟道材料；
（2）在半导体沟道材料上涂覆光刻胶；
（3）进行刻蚀、去胶、剥离工艺，去除未被保护的半导体沟道材料和剩余的光刻胶，形成有源层；
（4）在有源层上覆盖栅极绝缘层；
（5）在栅极绝缘层上方形成栅极层和电容下极板层；
（6）在栅极层和电容下极板层上覆盖钝化层，向钝化层下方的有源层方向，进行过孔刻蚀，随后在接触孔、电容下极板层上方的介质层上，沉积导电层，形成源电极、漏电极和电容上极板层；
（7）在源电极、漏电极、电容上极板层及剩余区域的上方形成钝化层，向电容上极板方向向下蚀刻制备出走线区域；
（8）在钝化层内裸露的电容上极板层走线及其附近的区域形成像素电极；
（9）在像素电极附近的钝化层和像素电极临近钝化层的区域上形成像素定义层，以使像素电极的中心区域裸露出来，这部分裸露的像素电极区域定义为有效发光区域，形成TFT基底；
（10）在TFT基底的像素电极上沉积空穴传输层，空穴传输层覆盖在裸露的像素电极的区域上；
（11）在空穴传输层上形成一层界面层；
（12）在界面层上形成一层发光材料层；
（13）在发光材料层上形成电子传输层；
（14）在电子传输层上形成金属电极，并将金属电极延伸至发光材料层的其中一侧上。
8.根据权利要求7所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层和电子传输层在不同的应用中，膜层顺序可以相反；所述发光材料层与界面层直接接触。
9.根据权利要求7所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，通过调节覆盖在像素电极附近的钝化层的尺寸和像素电极临近钝化层的区域上钝化层的尺寸，而调节像素电极中心区域裸露的尺寸，而调节发光区域的特征尺寸。
10.根据权利要求7所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，像素定义层的材料为有机薄膜或无机材料；钝化层的材料为一层或多层无机材料；源电极、漏电极的材料为一种或多种金属层或有机半导体材料；有源层的材料为具有半导体特性的材料；栅极绝缘层的材料为具有绝缘特性且膜层致密的一层或多层的绝缘材料；栅极层的材料为小于或等于5 μΩ·cm的低电阻率导电材料；发光材料层为钙钛矿纳米晶、量子点材料、有机/无机杂化材料、III-V族材料、II-VI族材料、IV-VI族材料、稀土材料、氧化物材料、半导体纳米材料、聚集态诱导发光材料、绝缘材料中的一种或多种的组合。
11.根据权利要求7所述的一种薄膜晶体管驱动的光电器件的制备方法，其特征在于，通过微纳加工工艺步骤限制形成电子传输层及空穴传输层的位置，而使仅在像素定义层内形成有电子传输层及空穴传输层。
12.根据权利要求7-11任一项所述的制备方法制备的薄膜晶体管驱动的光电器件。
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