一种光导型有机半导体探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光导型有机半导体探测器，由下至上依次石英片衬底，金属纳米粒子，有机绝缘层，有机光敏层和金属电极迭置而成；所述金属纳米粒子与有机光敏层产生局域等离子体共振。本发明专利技术还公开了上述光导型有机半导体探测器的制备方法。本发明专利技术解决了现有的有机半导体探测器暗电流大的问题及突破了光导型探测器对材料高迁移率的限制。本发明专利技术的光导型有机半导体探测器具有结构简单，探测比率高，响应速度快等优点，在军事、民用以及一些特定领域具有重要应用价值和经济价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机半导体探测器，特别涉及一种光导型有机半导体探测器及其制备方法。
技术介绍
光探测器在光通信、遥控装置和图像传感等领域有广泛的应用，并且低噪音、高量子效率、大探测比率和快响应速度是衡量探测器性能的重要指标。传统的光探测器主要分为2类：光伏型探测器和光导型探测器。有机材料中目前主要研究的是光伏型有机半导体探测器，其短的电极距离(≈100nm)可以保证有机光敏材料中的载流子能迅速移动至电极处，使得有机材料迁移率较低的缺点得以弥补，但同时短的电极距离带来大的暗电流，使得器件的灵敏度降低。降低暗电流是提升有机半导体探测器性能的重要指标，低的暗电流使得探测器获得高的开关比和探测比率。相比于光伏型有机半导体探测器，光导型探测器相对宽的电极距离(>10μm)可获得较小的暗电流。目前光导型探测器主要应用于无机半导体和单晶材料，其高的迁移率可以使载流子能够移动到距离较远的电极，保证了器件的性能。但是鲜有报道有机光导型的探测器，极大的限制了有机材料在探测器中的应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种光导型有机半导体探测器，解决了现有的有机半导体探测器暗电流大的问题及突破了光导型探测器对材料高迁移率的限制；具有结构简单，探测比率高，响应速度快等优点，在军事、民用以及一些特定领域具有重要应用价值和经济价值。本专利技术的另一目的在于提供上述光导型有机半导体探测器的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种光导型有机半导体探测器，自下至上依次由石英片衬底，金属纳米粒子，有机绝缘层，有机光敏层和金属电极迭置而成；所述金属纳米粒子与有机光敏层产生局域等离子体共振。所述金属纳米粒子的吸收峰位与有机光敏层吸收峰位相匹配。所述金属纳米粒子为Ag、Au、Cu或Al。所述有机光敏层为PffBT4T-2OD和PC60BM按照质量比1:1.2～10:1wt％混合而成；或者为PTB7和PC60BM按质量比2:1～20:1wt％混合而成；或者为PffBT4T-2OD和PC71BM按质量比1:1.2～10:1wt％混合而成；或者为PTB7和PC71BM按质量比2:1～20:1wt％混合而成。所述的光导型有机半导体探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)清洗石英片衬底；(2)通过真空蒸镀制备厚度为1～10nm的金属岛膜，金属岛膜呈现纳米粒子特性；(3)在步骤(2)得到的金属岛膜上通过旋涂溶液法制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，作为有机绝缘层；(4)在步骤(3)得到的有机绝缘层上通过热旋涂法制备有机光敏层；(5)在步骤(4)得到的有机光敏层上使用真空热蒸镀法制备金属电极。步骤(1)所述清洗石英片衬底，具体为：将石英衬底依次分别浸泡在去离子水、丙酮、去离子水、ITO清洗液、去离子水以及异丙醇中超声清洗15～30min，然后将其置于60～100℃烘箱中进行烘干。步骤(2)所述真空蒸镀，具体为：蒸镀的本底真空为7×10-5～3.5×10-4Pa，蒸镀的起始速率步骤(5)所述真空蒸镀，具体为：蒸镀的本底真空为7×10-5～3.5×10-4Pa，以起始速率先镀5～10nm，再以0.5～2nm/s的速率镀90～95nm。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的光导型有机半导体探测器，光照下金属纳米粒子的局域等离子体共振可增加探测器的光电流，补偿了光照下由于捕获作用造成的电流的降低，从而保证探测器具有高的开关比和响应率。(2)本专利技术的光导型有机半导体探测器，金属纳米粒子可以通过捕获作用降低探测器的暗电流及载流子寿命，从而提升探测比率和开关速度。(3)本专利技术的光导型有机半导体探测器，相比于光伏型结构，采用光导型结构具有相对宽的电极间距离(>10μm)，增加了载流子迁移的距离，暗电流很低。(4)本专利技术的光敏层材采用OPV材料，材料较低的迁移率并不影响光导型探测器的性能，为拓宽有机半导体探测器选材及器件结构提供了广阔的空间。附图说明图1为基于金属纳米粒子的光导型有机半导体探测器的结构示意图。图2为实施例1的Ag纳米粒子、石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极器件结构的吸收峰。图3为实施例1的石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极器件结构的I-V曲线图，其中激光选用405nm波长的激光。图4为实施例1的石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极器件结构的I-V曲线图，其中激光选用405nm波长的激光，激光强度为10.42mw/cm2。图5为实施例1的石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极器件结构的响应率曲线图，其中激光选用405nm波长的激光。图6为实施例1的石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极器件结构的探测比率率曲线图，其中激光选用405nm波长的激光。图7为实施例1的石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极器件结构的I-Times曲线图，其中激光选用405nm波长的激光，激光强度为10.42mw/cm2。图8为实施例1的石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极的I-Times曲线图，其中激光选用457nm波长的激光，激光强度为0.4mw/cm2。图9为实施例1的石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(5:1wt％)/Ag电极的I-Times曲线图，其中激光选用457nm波长的激光，激光强度为0.4mw/cm2。图10为实施例1的石英/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(10:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PffBT4T-2OD:PC60BM(10:1wt％)/Ag电极器件结构的I-V曲线图。图11为实施例2的Ag纳米粒子、石英/PMMA/PTB7:PC60BM(2:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PTB7:PC60BM(2:1wt％)/Ag电极器件结构的吸收峰。图12为实施例2的石英/PMMA/PTB7:PC60BM(2:1wt％)/Ag电极和石英/Ag纳米粒子/PMMA/PTB7:PC60BM(2:1wt％)/Ag电极器件结构的I-V曲线图。图13为实施例2的石英/PMMA/PTB7:PC60BM(2:1wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光导型有机半导体探测器，其特征在于，自下至上依次由石英片衬底，金属纳米粒子，有机绝缘层，有机光敏层和金属电极迭置而成；所述金属纳米粒子与有机光敏层产生局域等离子体共振。

【技术特征摘要】
1.一种光导型有机半导体探测器，其特征在于，自下至上依次由石英片衬底，金属纳米粒子，有机绝缘层，有机光敏层和金属电极迭置而成；所述金属纳米粒子与有机光敏层产生局域等离子体共振。2.根据权利要求1所述的光导型有机半导体探测器，其特征在于，所述金属纳米粒子的吸收峰位与有机光敏层吸收峰位相匹配。3.根据权利要求1所述的光导型有机半导体探测器，其特征在于，所述金属纳米粒子为Ag、Au、Cu或Al。4.根据权利要求1所述的光导型有机半导体探测器，其特征在于，所述有机光敏层为PffBT4T-2OD和PC60BM按照质量比1:1.2～10:1wt％混合而成；或者为PTB7和PC60BM按质量比2:1～20:1wt％混合而成；或者为PffBT4T-2OD和PC71BM按质量比1:1.2～10:1wt％混合而成；或者为PTB7和PC71BM按质量比2:1～20:1wt％混合而成。5.权利要求1～4任一项所述的光导型有机半导体探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗石英片衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳琳，马於光，解增旗，韩滔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44