【摘 要】
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与无机半导体相比,有机半导体具有材料来源广、质量轻、光谱可调、可大面积制备和柔性可弯曲等优点,有机光电探测器有望成为下一代商业化的光电探测器件。为了满足微弱光的探测需求,需要开发高效率有机光电探测器,倍增型有机光电探测器具有巨大的发展潜力。然而,目前对倍增型有机光电探测器的研究还不够深入,器件性能亟待提高,工作机制有待进一步探讨。本论文以倍增型有机光电探测器为研究对象,从材料选择和器件结构设计出发
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与无机半导体相比,有机半导体具有材料来源广、质量轻、光谱可调、可大面积制备和柔性可弯曲等优点,有机光电探测器有望成为下一代商业化的光电探测器件。为了满足微弱光的探测需求,需要开发高效率有机光电探测器,倍增型有机光电探测器具有巨大的发展潜力。然而,目前对倍增型有机光电探测器的研究还不够深入,器件性能亟待提高,工作机制有待进一步探讨。本论文以倍增型有机光电探测器为研究对象,从材料选择和器件结构设计出发,提高探测器性能,调节光谱响应范围,最终制备一系列高性能倍增型有机光电探测器。主要研究内容如下:（1）以TAPC:C70作为光敏材料,利用空穴阻挡层（HBL）的阻挡作用积累空穴而诱导电子隧穿注入为倍增机理,通过优化HBL材料,制备出了高效率倍增型有机光电探测器。对比PO-T2T、3TPYMB、BCP、Bm Py Pb、TPBi不同HBL的结果表明,HBL的HOMO能级越大,LUMO能级越低,电子迁移率越高,越有利于空穴的阻挡和电子的遂穿,器件的探测性能越好。而通过在HBL与活性层之间的C70层中掺杂Mo O3,利用Mo O3有效的电子俘获效应,进一步降低了器件的暗电流。最终优化的器件性能,外量子效率EQE>120000%,归一化探测率D*达5.94×1012 Jones。该结构在Pb Pc:C70为光敏材料的器件中也得到了验证,在获得高的EQE同时,响应光谱扩展到了1000 nm。（2）以不同有机给体和C60受体混合作为光敏材料,利用Mo O3俘获电子诱导空穴隧穿注入为倍增机理,制备出了高效率倍增型有机光电探测器。基于TAPC:C60光敏材料的器件,最大EQE超过70000%,D*>1012 Jones;聚集诱导发光（AIE）材料:C60光敏材料的器件,其EQE>60000%,D*=3.08×1012 Jones,在-8 V偏压下以强度为1.0 m W/cm2的460 nm峰值波长的光连续恒定照射下,器件的半衰期达到700小时;而基于Pb Pc/Sub Pc:C60光敏材料的器件,其光谱响应范围达300-1000 nm,器件EQE～10000%,充分表明了用Mo O3俘获电子诱导空穴隧穿注入制备高效率有机光电探测器的有效性。（3）以不同有机给体和C60受体混合作为光敏材料,通过降低受体C60掺杂浓度使电子/空穴传输不平衡,制备出了高效率窄/宽波段响应增益型有机光电探测器。研究表明,器件的窄光谱和宽光谱响应特性强烈依赖于所选择的有机给体材料的性质。当用TAPC、CBP、TCTA、m-MTDATA、NPB掺杂1 wt%C60作为光敏层时,制备出了可见盲紫外窄光谱响应倍增型有机光电探测器,其最好的半高全宽小于30 nm,最大EQE超过了1000000%;而选用Sub Pc和Pb Pc作为吸光层时,则制备出了300-1000 nm宽光谱响应倍增型有机光电探测器,最大EQE>100000%。基于上述结构,通过引入滤光层的方法,制备出了绿光、橙黄光、深红光光谱选择性的倍增型有机光电探测器,最大EQE也在10000%量级。（4）以给体和受体组成的平面异质结和体异质结作为光敏材料,利用酞菁受体俘获电子诱导空穴隧穿注入为倍增机理,制备出了倍增型有机光电探测器。对于制备的ITO/m-MTDATA/Pb Pc/C60/Al三层平面异质结器件,实验发现,当Pb Pc较薄（10 nm）时,器件光谱响应范围为300-400 nm,与m-MTDATA吸收光谱一致;当Pb Pc较厚（20nm）时,器件光谱响应范围为300-1000 nm,与m-MTDATA/Pb Pc吸收光谱一致,最大EQE～1000%,D*<1011Jones。然后,采用体异质结制备了倍增型有机光电探测器。可以看到,由于体异质结增加了激子的分离效率,制备的ITO/m-MTDATA/TAPC:Pb Pc/C60/Al三层二元共混体异质结倍增型器件其最大EQE～2500%,D*=1.17×1011 Jones,而制备的ITO/m-MTDATA/TAPC:Pb Pc:C60/C60/Al三层三元共混体异质结倍增型器件,其性能得到了进一步提高,EQE=9744%,D*=4.48×1011 Jones。
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