基于Rubrene:MoO3混合薄膜的红外探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于Rubrene:MoO3混合薄膜的红外探测器的制备。主要包括衬底的清洗、薄膜的制备、薄膜的测试、探测器的制备以及探测器性能的测试。首先依次在甲苯、丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15分钟，然后在高真空有机‑复合蒸镀系统中通过控制蒸发源的温度进而控制蒸发速率制备质量比为1:1的混合薄膜，对薄膜的光学性质和电学性质进行测试。测试发现：两种材料的相互作用很强，并在相互作用过程中诱导出中间能级，形成电荷转移络合物，光吸收对应的能量即为近红外波段。最后制备了基于该混合薄膜的红外探测器，并对其电流‑电压特性进行了测试，发现基于Rubrene:MoO3薄膜的红外探测器表现出较好的光电流关断比。

Infrared Detector Based on Rubrene:MoO 3 Mixed Film

【技术实现步骤摘要】
基于Rubrene:MoO3混合薄膜的红外探测器
本专利技术涉及一种红外探测器的制备方法，属于功能器件制备领域。
技术介绍
有机半导体材料具有成本低、易大面积加工、可与柔性衬底集成、轻便环保等优势，广泛应用于有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应管、有机探测器等领域。有机小分子材料具有加工工艺简单，可重复性好，成为研究的热点。常见有机小分子半导体(红荧烯、并五苯等)带隙普遍较大，限制了其在红外、近红外波段的应用。因此提高有机半导体载流子浓度和迁移率，制备窄带隙有机半导体成为一项研究挑战。有研究表明，价带较低的宽带隙过渡金属氧化物具有很高的电子亲和能，对p型材料分子显示出强烈的相互作用，MoO3是过渡金属氧化物中的典型代表。MoO3掺杂p型有机半导体材料，与材料分子强烈作用，生成电荷转移络合物。电荷转移络合物通过将电子从供体分子的最高占据分子轨道转移到受体分子的最低未占据分子轨道而形成。电荷转移络合物已经在分子磁体、非线性光学、分子电子学中显示了潜在应用，并且还表现出增强电导率、电荷分离和传输等作用。近红外有机光电探测器，由于其在遥感、光通信、化学/生物传感器、医疗仪器等领域的应用而引起广泛研究。目前有机光电探测器的研究重点还是合成窄带隙有机材料或引入有机异质结结构。然而，过渡金属氧化物掺杂有机半导体材料，形成电荷转移络合物，诱导出中间能级，表现出强烈的近红外光电反应。基于这一特点为近红外器件的制备引入了新的思路。Rubrene:MoO3电荷转移络合物显示出特殊的性质如近红外吸收，利用该性质制备的红外光探测器尚未见报道。本专利技术通过对红荧烯薄膜掺杂氧化钼形成电荷转移络合物，研究其光电特性并制备红外光探测器，研究其光电响应特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于制备基于Rubrene:MoO3(1:1)混合薄膜的近红外光探测器，为光探测器的制备提供了一种新的方法。本专利技术的目的可通过以下技术流程实现：(1)采用玻璃基片作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇溶液以及去离子水中超声清洗15分钟，然后在手套箱中用N2烘干备用。(2)在高真空有机-金属复合蒸镀系统中通过控制Rubrene和MoO3的蒸发温度制备出Rubrene:MoO3(1:1)混合薄膜，待制备薄膜完毕，对薄膜进行真空原位退火处理，退火温度为100℃，退火时间为60分钟。(3)对混合薄膜的光学性质和电学性质进行测量。(4)对探测器的光电导特性进行了测量。有益效果：制备了基于Rubrene:MoO3混合薄膜的红外探测器，丰富了红外探测器的制备材料，为红外探测器的制备提供了一种新的方法。附图说明图1Rubrene:MoO3混合薄膜的AFM图像：(a)退火前；(b)退火后图2MoO3薄膜、Rubrene薄膜以及Rubrene:MoO3混合薄膜的吸收光谱图3近红外光探测器在黑暗和940nm照射功率为0.5W时的电流-电压特性图4为基于Rubrene:MoO3混合薄膜的红外探测器结构示意图。具体实施方式(a)(1)采用玻璃基片作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇溶液以及去离子水中超声清洗15分钟，然后在手套箱中用N2烘干备用。(2)利用高真空有机-金属复合蒸镀系统，在5×10-4Pa的高真空环境下加热Rubrene和MoO3粉末，制备了Rubrene:MoO3(质量比为1:1)的混合薄膜，并进行真空原位退火；为了比较，相同环境下制备了Rubrene和MoO3本征薄膜，与混合薄膜具有相同的厚度，均为200nm。(3)测试了Rubrene:MoO3混合薄膜的光学性质。(b)(1)采用玻璃基片作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇溶液以及去离子水中超声清洗15分钟，然后在手套箱中用N2烘干备用。(2)利用高真空有机-金属复合蒸镀系统，在5×10-4Pa的高真空环境下加热Rubrene和MoO3粉末，制备了Rubrene:MoO3(质量比为1:1)的混合薄膜，并进行真空原位退火；为了比较，相同环境下制备了Rubrene和MoO3本征薄膜，与混合薄膜具有相同的厚度，均为200nm。(3)测试了Rubrene:MoO3混合薄膜的电学性质。(c)(1)采用玻璃基片作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇溶液以及去离子水中超声清洗15分钟，然后在手套箱中用N2烘干备用。(2)利用高真空有机-金属复合蒸镀系统，在5×10-4Pa的高真空环境下加热Rubrene和MoO3粉末，制备了Rubrene:MoO3(质量比为1:1)的混合薄膜，并进行真空原位退火；为了比较，相同环境下制备了Rubrene和MoO3本征薄膜，与混合薄膜具有相同的厚度，均为200nm。(3)测试了基于Rubrene:MoO3混合薄膜的红外探测器的光电响应特性。表一Rubene:MoO3混合薄膜的霍尔效应测试结果图1时Rubrene:MoO3(1:1)混合薄膜在退火前后的AFM图像。从图1可以看出，未经退火的混合薄膜表面起伏很大，并表现出一定的相分离；经退火处理后，薄膜混合较均匀，表明光滑平整，薄膜质量、均匀性均得到明显提高。图2是Rubrene、MoO3、Rubrene:MoO3三种薄膜的吸收光谱。从图2可以看出：Rubrene薄膜吸收谱图中560nm附近的吸收边对应于Rubrene的能隙(～2.2eV)，类似地，MoO3薄膜吸收谱图中390nm附近的吸收边对应于MoO3的能隙(～3.2eV)。Rubrene和MoO3薄膜在光波长600nm以上的波段中没有吸收峰。然而，在Rubrene:MoO3混合薄膜的吸收光谱中的近红外区域(～1.25eV)出现显著的吸收峰，说明两种材料的相互作用很强，并在相互作用过程中诱导出中间能级，形成电荷转移络合物，光吸收对应的能量即为近红外波段。表一是对Rubrene、MoO3、Rubrene:MoO3薄膜进行的霍尔效应测试。从表一可以看出：Rubrene薄膜和MoO3薄膜的方块电阻均超过1012Ω，载流子浓度和迁移率的大小均低于仪器的测量下限。对于Rubrene:MoO3薄膜，方块电阻为8.74×108Ω，空穴浓度和空穴迁移率分别为2.74×109/cm2和2.61cm/(V·s)，较Rubrene薄膜和MoO3薄膜均有显著提高。图3分别为黑暗环境和940nm照射功率为0.5W时红外探测器的电流-电压特性。从图3可以看出：基于Rubrene:MoO3薄膜的红外探测器显示了明显的对近红外光的光电感应，在940nm近红外光的照射下，光电流较暗电流增大了8倍，说明Rubrene:MoO3薄膜具有明显的光电导特性。在暗光条件下，薄膜中载流子浓度很低，表现出高阻特性，暗电流较小，因此造成基于Rubrene:MoO3薄膜的红外探测器表现出较好的光电流关断比。本专利技术首次以Rubrene、MoO3为材料制备了红外探测器，且具备较好的光电流关断比，为红外探测器的制备提供了一种新方法、新手段。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Rubrene:MoO3混合薄膜的制备方法，其特征在于：(1)采用玻璃基片作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇溶液以及去离子水中超声清洗15分钟，然后在手套箱中用N2烘干备用；(2)在真空有机‑金属复合蒸镀系统中通过控制Rubrene和MoO3的蒸发温度制备出Rubrene:MoO3按照质量比为1:1混合的混合薄膜，待制备薄膜完毕，对薄膜进行真空原位退火处理，退火温度为100℃，退火时间为60分钟。

【技术特征摘要】
1.基于Rubrene:MoO3混合薄膜的制备方法，其特征在于：(1)采用玻璃基片作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇溶液以及去离子水中超声清洗15分钟，然后在手套箱中用N2烘干备用；(2)在真空有机-金属复合蒸镀系统中通过控制Rubrene和MoO3的蒸发温度制备出Rubrene:MoO...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓金祥，李瑞东，陈亮，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11