一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器制造技术

技术编号:21366624 阅读:43 留言:0更新日期:2019-06-15 10:28
本发明专利技术公开了一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其有机场效应晶体管半导体层为嵌段共轭聚合物纳米线,由嵌段共聚物半导体材料和聚合物绝缘材料分别溶解在溶剂中再混合形成共混溶液,通过控制嵌段共聚物半导体材料和聚合物绝缘材料的质量比,获得不同密度的嵌段共聚物半导体纳米线。本发明专利技术的嵌段共聚物半导体纳米线作为有机场效应晶体管光探测器的半导体层,能够增强对深紫外区的光响应。本发明专利技术首次提出将共轭聚合物用于日盲区深紫外光的响应上,并制备了高性能有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器,本发明专利技术在深紫外区域实现了良好的光选择性和光响应性,光响应达到120A/W,外部量子效率高达50000%。

A Solar Blind Zone Detector Based on Organic Field Effect Transistor

The invention discloses a solar blind deep ultraviolet Photodetector Based on an organic field effect transistor. The semiconductor layer of the organic field effect transistor is a block conjugated polymer nanowire. The block copolymer semiconductor material and the polymer insulating material are dissolved in solvents respectively and then mixed to form a blending solution. By controlling the quality of the block copolymer semiconductor material and the polymer insulating material, a blending solution is formed. The block copolymer semiconductor nanowires with different densities were obtained. The block copolymer semiconductor nanowires as the semiconductor layer of the organic field effect transistor photodetector can enhance the light response to the deep ultraviolet region. For the first time, the conjugated polymer is applied to the response of deep ultraviolet light in the solar blind area, and a high-performance organic field effect transistor deep ultraviolet photodetector in the solar blind area is prepared. The method achieves good photoselectivity and photoresponsiveness in the deep ultraviolet area, with the photoresponse reaching 120A/W and the external quantum efficiency reaching 50 000%.

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器
本专利技术涉及日盲区深紫外光电检测器领域,具体是一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器。
技术介绍
日盲区光谱区(200-280nm)由一个特定的光波段定义,该波段不能穿透大气层并到达地球表面。日盲区深紫外光电检测器设备在军事监视、目标探测和获取、导弹发射探测、远程控制、化学分析、火焰探测等方面具有广泛应用前景。深紫外光电探测器对深紫外区域具有高响应性,不受环境可见光或长波长紫外光的干扰,对于跟踪大气中的臭氧层空洞至关重要。此外,深紫外光电探测器在生物和医学分析中有很大的潜力,因为深紫外波段光子可以被DNA分子强烈吸收,导致显著的损伤。因此制备出高性能深紫外光电探测器具有十分重要的意义。目前实现深紫外光检测的方法是合成宽带隙半导体,例如氮化镓、金刚石或碳化硅,其在高温下具有稳定性。然而,它们的大部分合成过程复杂,材料昂贵。此外,这些材料的刚性限制了它们在柔性设备中的应用,即很难应用在可穿戴设备中。共轭聚合物有机场效应晶体管由于具有可大面积溶液法加工,可制备柔性器件,成本低等潜在优势近年来受到了广泛的关注和研究。但现有技术中还没有利用共轭聚合物制备深紫外光电探测器的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,以解决现有技术深紫外光检测器的刚性限制其在柔性设备应用的问题。为了达到上述目的,本专利技术所采用的技术方案为:一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,包括衬底、栅电极、栅绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,其特征在于:其中的有机半导体层为制备于栅绝缘层上的嵌段共聚物半导体纳米线,嵌段共聚物半导体纳米线由嵌段共聚物制成,所述嵌段共聚物由共轭段和加入共轭段的绝缘段组成,嵌段共聚物中绝缘段由对日盲区深紫外光选择性响应的材料制成,由绝缘段作为为光感应段。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器只对深紫外光有选择性响应,对波长大于300nm的光没有响应。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的嵌段共聚物半导体纳米线通过刮涂法、或旋涂法、或喷墨印刷法制备于栅绝缘层。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的嵌段共聚物半导体纳米线厚度为7-13纳米。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的绝缘段通过嵌段或接枝的方法加入共轭段。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的共轭段为2,5-二溴-3–烷基噻吩制成,共轭段材料为一个键连接有R1的噻吩,其化学式如下:其中,R1为具有1-20个C原子的直链烷基;或者,共轭段为2,5-二溴-3–烷基噻吩并[3,2-b]噻吩材料制成,共轭段材料为一个键连接有R2的噻吩并噻吩,其化学式如下:其中,R2为具有1-25个C原子的直链烷基。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:共轭段的材料为2,5-二溴-3-己基噻吩,或2,5-二溴-3–辛基噻吩,或2,5-二溴-3–十二烷基噻吩并[3,2-b]噻吩材料。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的绝缘段为对日盲区深紫外光选择性响应的材料,由烷基氧丙烯材料制成,绝缘段材料为氧基连接有R3的氧丙烯,化学式如下:其中R3为具有1-20个C原子的直链烷基。所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:绝缘段的材料为六烷基氧丙烯、或十烷基氧丙烯、或十六烷基氧丙烯材料。与已有技术相比,本专利技术的有益效果体现在:1、本专利技术首次将嵌段共聚物半导体应用于日盲区深紫外光的响应上,使得制备的日盲区深紫外光探测器可用于柔性设备。2、本专利技术的有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器只对深紫外光有选择性响应,对波长大于300nm的光没有响应3、本专利技术的场效应晶体管日盲区深紫外光探测器由于光感应段即绝缘段的加入,增强了对深紫外区的光响应,具有光响应性和光选择性良好的优点,在日盲区深紫外光探测器方面具有重要的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例中所得PHA-1.5m纳米线的原子力显微镜图片。图2为本专利技术实施例中所得P3HT-b-PHA纳米线有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器的结构示意图。图3为本专利技术实施例中所得PHA-1.5m纳米线有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器在不同光强(254nm)下的转移曲线。图4为本专利技术实施例中所得PHA-1.5m纳米线有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器在栅极偏压(-80V)和漏极偏压(-10V)下的时间相关光响应曲线。图5为本专利技术实施例中所得PHA-1.5m纳米线有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器和PHA-1.5m薄膜有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器的紫外-可见光谱选择性示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,包括衬底、栅电极、栅绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,其中的有机半导体层为制备于栅绝缘层上的嵌段共聚物半导体纳米线,嵌段共聚物半导体纳米线由嵌段共聚物制成,所述嵌段共聚物由共轭段和加入共轭段的绝缘段组成,嵌段共聚物中绝缘段由对日盲区深紫外光选择性响应的材料制成,由绝缘段作为为光感应段。本专利技术中,嵌段共聚物由共轭段GED与绝缘段JYD组成,其化学式如下:本专利技术中,嵌段共聚物半导体纳米线通过刮涂法、或旋涂法、或喷墨印刷法制备于栅绝缘层。嵌段共聚物半导体纳米线厚度为7-13纳米。本专利技术中,绝缘段通过嵌段或接枝的方法加入共轭段。本专利技术中,所述的共轭段为2,5-二溴-3–烷基噻吩制成,共轭段材料为一个键连接有R1的噻吩,其化学式如下:其中,R1为具有1-20个C原子的直链烷基;或者,共轭段为2,5-二溴-3–烷基噻吩并[3,2-b]噻吩材料制成,共轭段材料为一个键连接有R2的噻吩并噻吩,其化学式如下:其中,R2为具有1-25个C原子的直链烷基。具有代表性的共轭段的材料为2,5-二溴-3-己基噻吩,或2,5-二溴-3–辛基噻吩,或2,5-二溴-3–十二烷基噻吩并[3,2-b]噻吩材料。其中:2,5-二溴-3-己基噻吩材料的化学式如下:2,5-二溴-3–辛基噻吩材料的化学式如下:2,5-二溴-3–十二烷基噻吩并[3,2-b]噻吩材料的化学式如下:本专利技术中,所述的绝缘段为对日盲区深紫外光选择性响应的材料,由烷基氧丙烯材料制成,绝缘段材料为氧基连接有R3的氧丙烯,化学式如下:其中R3为具有1-20个C原子的直链烷基。具有代表性的绝缘段的材料为六烷基氧丙烯、或十烷基氧丙烯、或十六烷基氧丙烯材料。其中:六烷基氧丙烯的化学式如下:十烷基氧丙烯的化学式如下:十六烷基氧丙烯的化学式如下:本专利技术中,有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器只对深紫外光有选择性响应,对波长大于300nm的光没有响应本专利技术具体实施例中,以2,5-二溴-3-己基噻吩作为共轭段的材料,并以十六烷基氧丙烯作为绝缘段的材料为例,说明本专利技术的嵌段共聚物和本专利技术的制备方法。由2,5-二溴-3-己基噻吩和十六烷基氧丙烯组成的嵌段共聚物的名称为聚(3-己基噻吩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,包括衬底、栅电极、栅绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,其特征在于:其中的有机半导体层为制备于栅绝缘层上的嵌段共聚物半导体纳米线,嵌段共聚物半导体纳米线由嵌段共聚物制成,所述嵌段共聚物由共轭段和加入共轭段的绝缘段组成,嵌段共聚物中绝缘段由对日盲区深紫外光选择性响应的材料制成,由绝缘段作为为光感应段。

【技术特征摘要】
1.一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,包括衬底、栅电极、栅绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极,其特征在于:其中的有机半导体层为制备于栅绝缘层上的嵌段共聚物半导体纳米线,嵌段共聚物半导体纳米线由嵌段共聚物制成,所述嵌段共聚物由共轭段和加入共轭段的绝缘段组成,嵌段共聚物中绝缘段由对日盲区深紫外光选择性响应的材料制成,由绝缘段作为为光感应段。2.根据权利要求1所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:有机场效应晶体管日盲区深紫外光探测器只对深紫外光有选择性响应,对波长大于300nm的光没有响应。3.根据权利要求1所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的嵌段共聚物半导体纳米线通过刮涂法、或旋涂法、或喷墨印刷法制备于栅绝缘层。4.根据权利要求1所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的嵌段共聚物半导体纳米线厚度为7-13纳米。5.根据权利要求1所述的一种基于有机场效应晶体管的日盲区深紫外光探测器,其特征在于:所述的绝缘段通过嵌段或接枝的方法加入共轭段。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:邱龙臻赵雪姚宏兵魏诗语王晓鸿
申请(专利权)人:合肥工业大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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