高灵敏度的可见-近红外有机光探测器的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:BONNIE111
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光探测技术作为信息技术的重要组成部分,在生物医学传感、环境监测、工业检测、可见光通信技术等领域积极推动着人类社会的发展。将光信号转化为电信号的光电探测器根据吸收光子范围可划分为X射线探测器、紫外探测器、可见光探测器和红外探测器。目前成熟的商用光探测器往往使用无机半导体,其制备工艺复杂且生产成本高,而新一代可溶液处理的有机光探测器制备工艺简单且其探测灵敏度改善潜力大,此外,有机半导体材料易于大面积制备,具有合成简单、分子结构可调谐、种类多样和柔性等多种优点,已经成为下一代商用探测器的有力候选者。目前,要实现综合性能优异的有机光探测器,仍需要广大科研工作者的持续努力。本硕士学位论文第一部分聚焦在窄谱响应的有机光探测器,选取有机电子给体材料PBDB-T为p型半导体,有机电子受体材料IT-M为n型半导体,探索了不同结构下器件实现窄谱响应的基本性能参数。研究发现,PBDB-T与IT-M体系要获得窄谱响应,对于本体异质结正置结构、本体异质结倒置结构、平面异质结结构器件所需的最低活性层厚度分别是1800 nm、2200 nm和800 nm。其中,对于本体异质结正置结构的器件,当活性层厚度为1800 nm时,窄谱响应器件的最高响应在波长760 nm处,半峰宽为60 nm,-0.1 V和-1 V工作偏压下的比探测率均达到5×1012 Jones;对于本体异质结倒置结构的器件,当活性层厚度为2200 nm时,其最高响应在波长770 nm处,半峰宽50 nm,-0.1 V和-0.5 V工作偏压下的比探测率分别为6.9×1012 Jones和8.5×1012 Jones;对于活性层厚度为800 nm的平面异质结器件,其最高响应在波长740 nm处,半峰宽为60 nm,-0.1 V和-1 V工作偏压下的比探测率均超过5×1012 Jones。本硕士学位论文第二部分探索了制备可见-近红外全谱有机光测器,该工作围绕基于PDPP3T:PC71BM共混体系的有机半导体活性层展开研究工作,通过探索器件结构、添加剂效果和优化界面层对器件的影响,制备出基于该体系的最优性能器件。研究发现,倒置结构器件相对正置结构器件具有更优的暗电流阻挡特性和更高的光电响应度;使用复合界面Zn O(0.1 wt%PEIE)代替纯Zn O界面可以获得更低暗电流。综合上述要素,我们制备出工作偏压-0.1 V下,暗电流低至1.4×10-10 A/cm~2,波长850 nm处响应度达0.34A/W,比探测率达4.8×1013 Jones的可见-近红外全谱有机光测器。同时,理论估算的器件总噪声大小为4.8×10-14 A·Hz-1/2,计算得到实际探测率为7×1012 Jones,证明该探测器具有优异的探测能力;-3 d B的截止频率为900 k Hz,上升时间为2 us,下降时间为1 us,证明该探测器具有快速响应的能力,可用于常规的视频图像信号检测等应用。
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