一种串联结构的低噪声有机光探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种串联结构的低噪声有机光探测器。有机光探测器的器件结构，由基底衬底、第一电极、第一电荷阻挡层、第一本体异质结光敏层、第一中间连接层、第二中间连接层、第二本体异质结光敏层、第二电荷阻挡层和第二电极依次层叠构成。在光照条件下，有机探测器的第一光敏层和第二光敏层均可吸收光子并转化为电子被两端电极吸收，完成光电转化过程；在暗态条件下，器件的中间连接层起到阻挡电荷传输的作用。由此方法得到的具有串联结构的有机光探测器，既能在拓宽响应光谱的情况下保证较高的光电转换效率，又能抑制电荷注入引起的噪声电流，从而实现低噪声、高精度的光探测器件。高精度的光探测器件。高精度的光探测器件。

【技术实现步骤摘要】
一种串联结构的低噪声有机光探测器


[0001]本专利技术涉及光电子器件领域，特别是有机光探测器领域，具体涉及一种串联结构的低噪声有机光探测器。

技术介绍

[0002]光电探测器作为一种将光信号直接转换为电信号的装置，在军事和国民经济的各个领域均具有广泛应用。传统的探测器主要采用无机半导体，例如氮化镓、铟镓砷，这些无机半导体材料具有优异的载流子传输率及性能稳定等特点。但是无机半导体材料具有的一些缺点也很突出，例如制作工艺复杂，结构上不能弯曲，高驱动电压等特点限制了其在可穿戴、低成本等方面的运用。很近年来，有机光电探测器具有材料多样性、可调控的光电特性、重量轻、成本低、解决方案可加工、机械灵活性等独特优势，它们作为无机探测器的有前途的替代品被广泛研究。
[0003]随着非富勒烯小分子受体的出现，可探测波段覆盖可见光
‑
近红外区域。有机光电探测器在低成本成像、健康监测、光通信和近红外传感方面有着广阔的应用前景。它们都对光电探测器提出了很高的要求。除了需要高响应度外，实现噪声电流和暗电流，从而获得高比探测率(D*)也同样重要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术提供了一种串联结构的低噪声有机光探测器。本专利技术中描述的串联结构的低噪声有机光探测器，采用电子给体材料和电子受体材料共混的本体异质结结构，与平面异质结相比，有利于提高光生载流子在共混界面处的解离率，从而提高光探测器件的光电转化效率和响应度。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种串联结构的低噪声有机光探测器，器件结构依次由基底衬底、第一电极、第一电荷阻挡层、第一本体异质结光敏层、第一中间连接层、第二中间连接层、第二本体异质结光敏层、第二电荷阻挡层和第二电极依次层叠构成，如图1所示。
[0007]所述第一本体异质结光敏层中的电子给体材料为有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种；所述第一本体异质结光敏层中的电子受体型材料为富勒烯及其衍生物，有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种。作为优选，所述电子给体材料为PTB7
‑
Th，其化学式为：
[0008][0009]其中，n≥10。
[0010]进一步优选，所述电子受体材料为IT
‑
4F，其化学式为：
[0011][0012]进一步地，所述第一电荷阻挡层和第二电荷阻挡层选自水醇溶类界面材料、水醇溶富勒烯衍生物材料、有机N型材料、金属氧化物类材料，以及上述材料的改性物。作为优选，所述第一电荷阻挡层材料为氧化锌(ZnO)，所述第二电荷阻挡层材料为氧化钼(MoOx)。
[0013]进一步地，在所述第一本体异质结光敏层和第二本体异质结光敏层之间，可设置中间连接层，所述中间连接层材料可为水醇溶类界面材料(如3,4
‑
乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、[9,9
‑
二辛基芴
‑
9,9
‑
双(N,N
‑
二甲基胺丙基)芴](PFN)、溴代
‑
[9,9
‑
二辛基芴
‑
9,9
‑
双(N,N
‑
二甲基胺丙基)芴](PFN
‑
Br)、聚{2,7
‑
[9,9'
‑
双(N,N
‑
二甲基丙基
‑3‑
胺基)芴]‑
交替
‑
5,5'
‑
[2,6
‑
(双
‑2‑
噻吩基)
‑
N,N'
‑
二异辛基
‑
1,4,5,8
‑
萘并酰亚胺]}(PNDI
‑
F3N)、聚{2,7
‑
[9,9'
‑
双(N,N
‑
二甲基丙基
‑3‑
乙基溴化铵)芴]‑
交替
‑
5,5'
‑
[2,6
‑
(双
‑2‑
噻吩基)
‑
N,N'
‑
二异辛基
‑
1,4,5,8
‑
萘并酰亚胺]}(PNDI
‑
F3N
‑
Br)、聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE))和金属氧化物类材料(如氧化钼(MoO3)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化铜(CuO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌镁(MZO)、氧化锌铝(AZO))中的任意一种及组合，或具有类似功能的材料。作为优选，所述第一中间连接层为氧化钼(MoOx)，所述第二中间连接层为PEIE，其化学式为：
[0014][0015]其中，n≥10。
[0016]进一步地，所述第二本体异质结光敏层中的电子给体材料为有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种；所述本体异质结光敏层中的电子受体型材料为富勒烯及其衍生物，有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种。作为优选，所述电子给体材料为PTB7
‑
Th，其化学式为：
[0017][0018]其中，n≥10。
[0019]进一步优选，所述电子受体材料为COTIC-4F，其化学式为：
[0020]进一步地，所述第一电极是透明电极，第二电极是高反射率金属电极。作为优选，所述第一电极材料为氧化铟锡(ITO)，所述第二电极材料为银(Ag)。
[0021]本专利技术中，在光照条件下，有机探测器的第一光敏层和第二光敏层均可吸收光子并转化为电子被两端电极吸收，完成光电转化过程；在暗态条件下，器件的中间连接层起到阻挡电荷传输的作用。由此方法得到的具有串联结构的有机光探测器，既能在拓宽响应光谱的情况下保证较高的光电转换效率，又能抑制电荷注入引起的噪声电流，从而实现低噪声、高精度的光探测器件。相较于无连接层的探测器件，具有中间连接层的有机光探测器其反向偏压下的暗电流密度由6.61
×
10
‑8A cm
‑2降低至3.8
×
10
‑
10
A cm
‑2，其探测率由3.7
×
10
13
Jones提升至5.3
×
10
14
Jones。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0023](1)本专利技术中描述的串联结构的低噪声有机光探测器，由于串联结构的引入具有多级势垒增强结构和分压作用，器件的暗电流和噪声电流降低2个数量级，展现出器件的高灵敏性能和低噪声电流。
[0024](2)本专利技术中描述的串联结构的低噪声有机光探测器，采用电子给体材料和电子受体材料共混的本体异质结结构，与平面异质结相比，有利于提高光生载流子在共混界面处的解离率，从而提高光探测器件的光电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联结构的低噪声有机光探测器，其特征在于，器件结构由基底衬底(1)、第一电极(2)、第一电荷阻挡层(3)、第一本体异质结光敏层(4)、第一中间连接层(5)、第二中间连接层(6)、第二本体异质结光敏层(7)、第二电荷阻挡层(8)和第二电极(9)依次层叠构成。2.根据权利要求1所述串联结构的低噪声有机光探测器，其特征在于，所述第一电荷阻挡层(3)、第一中间连接层(5)、第一本体异质结光敏层(4)和第二本体异质结光敏层(7)通过溶液旋涂，刮涂，丝网印刷，喷墨打印，喷涂或者真空热蒸镀成膜制备加工手段之一获得。3.根据权利要求1所述串联结构的低噪声有机光探测器，其特征在于，所述第一电荷阻挡层(3)、第二电荷阻挡层(8)、第一中间连接层(5)和第二中间连接层(6)为水醇溶类界面材料和金属氧化物类材料中的任意一种以上。4.根据权利要求3所述串联结构的低噪声有机光探测器，其特征在于，所述水醇溶类界面材料为3,4
‑
乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、[9,9
‑
二辛基芴
‑
9,9
‑
双(N,N
‑
二甲基胺丙基)芴](PFN)、溴代
‑
[9,9
‑
二辛基芴
‑
9,9
‑
双(N,N
‑
二甲基胺丙基)芴](PFN
‑
Br)、聚{2,7
‑
[9,9'
‑
双(N,N
‑
二甲基丙基
‑3‑
胺基)芴]
‑
交替
‑
5,5'
‑
[2,6
‑
(双
‑2‑
噻吩基)
‑
N,N'
‑
二异辛基
‑
1,4,5,8
‑
萘并酰亚胺]}(PNDI
‑
F3N)、聚{2,7
‑
[9,9'
‑
双(N,N
‑
二甲基丙基
‑3‑
乙基溴化铵)芴]
‑
交替
‑
5,5'
‑
[2,6
‑
(双
‑2‑
噻吩基)
‑
N,N'
‑
二异辛基
‑
1,4,5,8
‑
萘并酰亚胺]}(PNDI
‑
F3N
‑
Br)或聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)；所述金属氧化物类材料为氧化钼MoO3、氧化镍NiO、氧化锌ZnO、氧化铜CuO、氧化锡SnO2、氧化锌镁MZO或氧化锌铝AZO。5.根据权利要求1所述串联结构的低噪声有机光探测器，其特征在于，所述第一本体异质结光敏层(4)与第二本体异质结光敏层(7)中均包括电子给体材料和电子受体型材料；所述电子给体材料为有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种；所述电子受体型材料为富勒烯及其衍生物，有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种。6.根据权利要求5所述串联结构的低噪声有机光探测器，其特征在于，所述电子给体材料包括聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)(P3HT)、聚[[4,8
‑
双[(2
‑
乙基己基)氧基]
‑
苯并[1,2
‑
B:4,5
‑
B']二噻吩
‑
2,6
‑
二基][3
‑
氟
‑2‑
[(2
‑
乙基己基)羰基]噻吩[3,4
‑
b]并噻吩(PTB7)、聚[4,8
‑
双(5
‑
(2
‑
乙基己基)噻吩基)苯并[1,2
‑
b；4,5
‑
b']二噻吩基
‑
alt
‑
(4
‑
(2
‑
乙基己基
‑3‑
氟噻吩并[3,4
‑
b]噻吩
‑
)
‑2‑
羧酸酯基)(PTB7
‑
Th)、聚([2,6'
‑
4,8
‑
双
‑
((2
‑
乙基己基)
‑
噻吩
‑5‑
基)苯并[1,2
‑
b；3,3
‑
b]二噻吩]
‑
alt
‑
[1,3
‑
双
‑
(噻吩
‑
5基)
‑
5,7
‑
双
‑
(2
‑
乙基己基)苯并[1,2
‑
c:4,5
‑
c
’
]二噻吩
‑
4,8
‑
二酮])(PBDB
‑
T)、聚[(2,6
‑
(4,Chemicalbook8
‑
双(5
‑
(2
‑
乙基己基
‑3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏滨，何轶瑜，李静雯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：