一种有机光电晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种有机光电晶体管，属半导体材料技术领域，依次包括硅基底层、金电极和金属锌钛菁纳米晶活性层；所述金属锌钛菁纳米晶活性层覆盖在所述金电极及所述金电极之间的区域之上。本发明专利技术提供的晶体管中的金属锌钛菁纳米晶活性层具有优异的近红外光谱吸收特性，从而提高了光敏晶体管对近红外光谱的响应性能；本发明专利技术采用超声技术制备了金属酞菁纳米晶，其晶体缺陷密度低，有效降低了空气中的O2、H2O、CO2等分子在光敏晶体管活性层中的吸附，有利于提高器件在大气环境中的稳定性；同时具有优异的场效应载流子迁移率，从而有效提高了光敏晶体管的光响应度。

【技术实现步骤摘要】
一种有机光电晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体材料
，特别涉及一种有机光电晶体管及其制备方法。
技术介绍
光电探测器(Photodetector)是一种能将光信号直接转换为电信号的器件，是光控开关、光触发放大、光探测电路等领域中的重要电子元器件，应用领域主要包括：图像传感技术、夜间监视、夜视技术、环境监测、远程控制、化学/生物传感技术、光谱和医学设备等。目前，商业化的光电探测器主要使用晶体硅和硅-锗异质结或三五族半导体合金块体材料，可分别实现可见光-近红外光波段(λ<1100nm)和红外光波段(λ>1100nm)的光检测。但是，这些光电探测器往往需要较厚的材料以实现较大的光电响应，而且具有易碎、价格昂贵、制备条件苛刻等诸多缺点，这极大地限制了其在柔性、透明、可拉伸、可弯曲器件领域的应用。相比无机半导体，有机半导体的特性使得大面积及柔性光电系统的低温制备成为可能。如今，光探测已成为有机半导体材料的重大应用之一。相比无机型光电探测器，有机型光电探测器(OrganicPhotodetector)能够满足下一代光电子器件在轻量化设计、易于携带、优异的移植性、大面积兼容性、更高的可扩展性以及低制备成本等方面的需求，因而在未来光电子器件领域具有十分重要的应用前景。随着电子工业产品朝轻薄化、柔性化和智能化方向发展，特别是印刷电子和可穿戴电子的快速发展，具有轻薄、柔性、可大面积制备的高性能有机型光电探测器将具有广阔的表现舞台。根据器件结构，有机光电探测器主要可分为有机光电晶体管(OrganicPhototransistor，OPT)、有机光电二极管(OrganicPhotodiode，OPD)和有机光电导体(OrganicPhotoconductor，OPC)三大类。相比有机光电二极管(OPD)和有机光电导体(OPC)，有机光电晶体管(OPT)将高灵敏度、低噪声、集光探测功能和信号放大功能于一身、更方便于电路集成等诸多优点，更具应用前景。尽管国内外在该领域研究已取得了一定进展，但问题依然突出，问题之一为器件光谱响应范围窄，以紫外、可见光为主，红外区域则较少涉及。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种有机光电晶体管及其制备方法，本专利技术提供的有机光电晶体管对近红外光谱具有较高的响应性能。本专利技术提供了一种有机光电晶体管，依次包括硅基底层、金电极和金属锌钛菁纳米晶活性层；所述金属锌钛菁纳米晶活性层覆盖在所述金电极及所述金电极之间的区域之上。优选地，所述硅基底层的厚度为300～800μm。优选地，所述硅基底层包括硅衬底层和二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘层与金电极接触。优选地，所述硅衬底层和二氧化硅绝缘层的厚度比为1000：1～2665：1。优选地，所述金电极的厚度为50～150nm。优选地，所述金属锌钛菁为α位八甲基取代锌酞菁、α位四甲基取代锌酞菁、β位八甲基取代锌酞菁或β位四甲基取代锌酞菁。优选地，所述金属锌钛菁纳米晶活性层的厚度为20～100nm，所述厚度从SiO2绝缘层起算。本专利技术还提供了权利要求1所述的基于酞菁纳米晶的有机光电晶体管的制备方法，包括以下制备步骤：1)以金为金源，在硅基底层的绝缘层真空蒸镀金电极，得到镀有金电极的硅基底；2)将金属锌钛菁的甲酸分散液超声处理后滴涂到镀有金电极的硅基底上，得到载有分散液的硅基底；3)将载有分散液的硅基底退火处理得到有机光电晶体管。优选地，所述步骤1)中真空蒸镀的速率为所述真空蒸镀的真空度≥5×10-6mbar。优选地，所述步骤2)中分散液中金属锌钛菁的浓度为0.5～10mg/mL。优选地，所述超声处理的功率为800～1500W，超声处理的频率为60～120kHz，超声处理的时间为20～40min。优选地，所述步骤3)中退火处理的温度为100℃，退火处理的时间为10～30min。有益技术效果：本专利技术提供了一种有机光电晶体管，依次包括硅基底层、金电极和金属锌钛菁纳米晶活性层，所述金属锌钛菁纳米晶活性层覆盖在所述金电极及所述金电极之间的区域之上。本专利技术提供的晶体管中的金属锌钛菁纳米晶活性层具有优异的近红外光谱吸收特性，从而提高了光敏晶体管对近红外光谱的响应性能。实施例实验数据表明，本专利技术得到的有机光电晶体管金属锌钛菁纳米晶活性层在近红外光谱区域有显著吸收。进一步地，本专利技术采用超声技术制备了金属锌酞菁纳米晶，其晶体缺陷密度低，有效降低了空气中的O2、H2O、CO2等分子在光敏晶体管活性层中的吸附，利用上述金属锌钛菁纳米晶制备得到的金属锌钛菁纳米晶活性层，有利于提高器件在大气环境中的稳定性；同时该金属锌钛菁纳米晶活性层具有优异的场效应载流子迁移率，从而有效提高了光敏晶体管的光响应度。附图说明：图1为实施例1和对比例1中得到的有机光电晶体管的结构示意图；图2为实施例1中超声后的金属锌钛菁纳米晶的电镜照片；(a)为透射电子显微镜(TEM)照片；(b)为原子力显微镜(AFM)照片；图3为实施例1和对比例1中得到的有机光电晶体管金属锌钛菁纳米晶活性层AFM图；图4为实施例1中得到的有机光电晶体管金属锌钛菁纳米晶活性层的紫外-可见吸收光谱图；图5为实施例1和对比例1中得到的有机光电晶体管金属锌钛菁纳米晶活性层小角度掠入式X射线衍射谱图；图6为实施例1中制备得到的有机光电晶体管的性能测试；(a)输出特性测试图；(b)转移特性测试图；图7为对比例1中制备得到的有机光电晶体管的性能测试；(a)输出特性测试图；(b)转移特性测试图；图8为实施例1中得到的有机光电晶体管光响应特性测试图；图9为对比例1中得到的有机光电晶体管光响应特性测试图。具体实施方式本专利技术提供了一种有机光电晶体管，依次包括硅基底层、金电极和金属锌钛菁纳米晶活性层；所述金属锌钛菁纳米晶活性层覆盖在所述金电极及所述金电极之间的区域之上。在本专利技术中，所述硅基底层的厚度优选为300～800μm，更优选为500～600μm。在本专利技术中，所述硅基底层优选包括硅衬底层和二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘层与金电极接触。在本专利技术中，所述硅衬底层和二氧化硅绝缘层的厚度比优选为1000：1～2665：1，更优选为1665：1～200:1。本专利技术对硅基底层的来源没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述金电极的厚度优选为50～150nm，更优选为80～120nm，最优选为100nm。在本专利技术中，所述金属锌钛菁优选为α位八甲基取代锌酞菁、α位四甲基取代锌酞菁、β位八甲基取代锌酞菁或β位四甲基取代锌酞菁。在本专利技术中，所述金属锌钛菁纳米晶活性层的厚度优选为20～100nm，更优选为40～80nm，最优选为50～60nm。本专利技术提供的晶体管中的金属锌钛菁纳米晶活性层具有优异的近红外光谱吸收特性，从而提高了光敏晶体管对近红外光谱的响应性能本专利技术还提供了上述有机光电晶体管的制备方法，包括以下步骤：1)在硅基底层的绝缘层真空蒸镀金电极，得到镀有金电极的硅基底；2)将金属锌钛菁甲酸分散液超声处理后滴涂到镀有金电极的硅基底的一侧，得到载有分散液的硅基底；3)将载有分散液的硅基底退火处理，得到有机光电晶体管。本专利技术将金为金源，在硅基底层的绝缘层真空蒸镀金电极，得到镀有金电极的硅基底。在本专利技术中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机光电晶体管，依次包括硅基底层、金电极和金属锌钛菁纳米晶活性层；所述金属锌钛菁纳米晶活性层覆盖在所述金电极及所述金电极之间的区域之上。

【技术特征摘要】
1.一种有机光电晶体管，依次包括硅基底层、金电极和金属锌钛菁纳米晶活性层；所述金属锌钛菁纳米晶活性层覆盖在所述金电极及所述金电极之间的区域之上。2.根据权利要求1所述的有机光电晶体管，其特征在于，所述硅基底层的厚度为300～800μm。3.根据权利要求1或2所述有机光电的晶体管，其特征在于，所述硅基底层包括硅衬底层和二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘层与金电极接触。4.根据权利要求3所述的有机光电晶体管，其特征在于，所述硅衬底层和二氧化硅绝缘层的厚度比为1000：1～2665：1。5.根据权利要求1所述的有机光电晶体管，其特征在于，所述金电极的厚度为50～150nm。6.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述金属锌钛菁纳米晶活性层中的金属锌钛菁为α位八甲基取代锌酞菁、α位四甲基取代锌酞菁、β位八甲基取代锌酞菁或β位四甲基取代锌酞菁。7.根据权利要求1或6所述的晶体管，其特征在于，所述金属锌钛菁纳米晶活性层的厚度为20～100nm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：许宗祥，许家驹，胡启锟，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44