[發明專利]一種全有機自旋相關磁致電流調控器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010584251.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111916554B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 馬東閣;元培森;郭曉敏;喬現鋒;代巖峰;孫倩;楊德志
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L41/06
• 分類號: H01L41/06;H01L41/20;H01L41/47
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 郭煒綿

本發明公開了一種全有機自旋相關磁致電流調控器件及其制備方法，該器件依次包括透明基底、陽極、n/p型平面異質結、給體?受體共混型體異質結、p/n型平面異質結、金屬陰極。本發明采用全有機器件結構設計，在常溫及小的外磁場作用下，平面異質結與給?受體體異質結中的電荷轉移態可分別形成明顯的負和正的磁致電流，通過改變偏壓與激發條件實現自旋相關的磁致電流調控。并且給?受體體異質結設計增大了界面接觸，提升光激發下電荷轉移態的分離與復合，同時共混的結構不會阻礙自兩側平面異質結分離的電荷傳輸，在一定的光激發及低偏壓下，器件中電荷轉移態的分離與復合受磁場作用改變的幅值十分明顯且不變。

技術領域

本發明屬于有機光電磁響應器件領域，具體涉及一種全有機自旋相關磁致電流調控器件及其制備方法。

背景技術

半導體光電磁響應器件是一種對光、電場和磁場產生響應信號的器件。有機半導體器件在磁場作用下產生的響應，一般與有機半導體中電子自旋的參與有關。因此，有機半導體光電磁響應器件屬于有機自旋電子學領域。相比于無機半導體，有機半導體的自旋軌道耦合強度弱，導致其電子自旋弛豫時間長，方便對自旋進行調控。而且有機半導體器件具有超薄、輕便、柔性可彎曲、易于大面積、材料選擇范圍廣等優點，其研究受到了人們的廣泛關注。

目前，涉及有機半導體的自旋調控，一種是利用有機半導體材料與不同矯頑力大小的鐵磁性材料結合，制備成鐵磁材料/有機半導體/鐵磁材料三明治結構的器件，稱之為有機自旋閥。這種器件通過施加不同大小的外磁場，改變兩個磁性材料中的電子自旋取向，這樣在外加電場作用下，帶有自旋取向的電荷從一端磁性材料，經過中間的有機半導體層到達另一端磁性材料，電荷自旋取向發生了變化，從而改變了器件電流或電導的大小，實現了對器件磁電流的調控。

另一種是傳統的有機半導體材料制備而成的器件，其中不包含有磁性材料或磁性原子，器件的電流、發光強度、激子衰減壽命等在外磁場的作用下也會增加或者減小。目前，據文獻報道，這種不含任何磁性原子的器件產生的磁場效應主要是與外磁場引起有機半導體材料中三線態的塞曼分裂有關，通過改變單線態和三線態的相互轉換過程，最終導致單線態和三線態比例變化。

而有機半導體中單線態和三線態的產生和分離與器件的電流、發光強度及激子壽命密切相關，因此宏觀上表現出這些參數隨磁場產生一定的響應。由于單線態和三線態的形成涉及不同自旋取向的載流子組合，因此這種器件所產生的磁場效應間接地反映了磁場對載流子自旋相關的物理過程調控。

有機自旋閥器件的制備需要較為均勻的磁性薄膜以及常溫下大的自旋極化率，這對設備以及材料選擇要求十分嚴格，很難滿足大規模生產應用。而傳統有機半導體器件所產生的磁場效應，現象豐富、材料選擇廣泛、器件制備簡單，以及超薄、輕便和柔性化的特點，制成的有機磁感應器件未來展示出巨大的應用前景。

自2003年以來，人們已經在不同有機半導體材料體系中觀察到了各種磁致電流效應，通過選擇材料體系、制備不同結構的有機半導體器件以及改變器件工作狀態，可以獲得不同的磁致電流幅值、符號以及隨磁場變化的特殊線型，尤其是在常溫下即可展示出明顯的磁致電流現象，使其不僅成為研究有機半導體光電器件內部物理機制的重要工具，更為未來制備有機半導體磁感應器件奠定了基礎。然而，目前關于全有機半導體磁致電流調控器件的報道且很少。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種全有機自旋相關磁致電流調控器件。在常溫下，在光激發條件下，該器件可以實現磁致電流符號可控、巨磁致電流響應、磁場可控的電流反轉等功能。

本發明的另一個目的在于提供上述全有機自旋相關磁致電流調控器件的制備方法，該方法過程十分簡單、成本低。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種全有機自旋相關磁致電流調控器件，依次包括透明基底、陽極、n/p型平面異質結、給體-受體共混型體異質結、p/n型平面異質結、金屬陰極；