基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管及制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管及制备方法，包括透明基底层和五层材料结构，五层材料结构包括透明底电极层、第一阻挡层、有机光敏层、第二阻挡层和顶电极层；正向偏压下，阻挡层与光敏层界面处的载流子陷阱引发外电路载流子隧穿注入，器件以PM模式工作，外量子效率高，适用于弱光探测，可避免前置放大电路的使用。反向偏压下，光敏层两侧的阻挡层可阻止外电路载流子的注入，器件以PV模式工作，外量子效率有限，适用于强光探测，可避免高功耗造成的器件散热和击穿等问题。本发明专利技术提出了一种通过调控阻挡层界面来制备双模器件的方法，优化了双模器件的光电性能，从而为双模有机光电二极管的制备提供了解决方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管及制备方法


[0001]本专利技术属于有机半导体
，具体涉及一种基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管，同时适用于应用于强、弱两种条件的光检测。

技术介绍

[0002]信息化的社会对体积越来越小、价格越来越便宜，同时可提供更多功能的高集成度微电子器件的需求日益增加。光电二极管具有体积小、易集成、低暗电流、响应快等优点，被广泛应用于CCD/CMOS阵列等成像系统中。近年来，有机光电二极管具有兼容柔性基底、材料修饰空间大、响应光谱可调、质量轻、利于大面积加工制备等优势而备受关注。
[0003]由于光电二极管的整流特性，一般光电二极管器件在正偏压下的暗电流很高且无法保证恒压下亮暗电流的平稳，因而正偏下器件无法用于光信号探测。因此，光电二极管通常在反偏模式下基于光伏(PV)效应实现光信号探测。然而，在PV模式下的器件，其外量子效率(EQE)较低，小于100％，同时光生电流很小；在微弱光信号检测中，CCD/CMOS阵列内的单个像素的光生电流可低至pA级别，因此光电二极管在实际应用中通常结合前置放大电路，导致成像系统结构趋于复杂，并且增加成本。
[0004]基于光电倍增(PM)效应工作的PM
‑
OPD，其EQE远大于100％，对微弱光信号的检测能力更强，同时无需前置放大电路，进一步满足了成像系统集成化和小型化的要求。如今，PM
‑
OPD的EQE往往可以达到105％。这也意味着在PM模式器件的光电流比PV模式高出几个数量级，但是驱动器件工作于PM模式通常需要较高的偏压，这将使系统的功耗大大增加。尤其是在检测较强光信号时，高功耗造成的抗击穿和散热等问题对基于有机光敏层的OPD器件是不容忽视的。
[0005]综上所述，不论是PV型器件还是PM型器件，由于其单一工作模式的局限性，难以调和日益增加的多场景应用需求与高集成度的冲突。

技术实现思路

[0006]为了解决上述存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管，以解决现阶段有机光电二极管因工作模式单一导致的应用局限性问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管，包括底部的透明基底1、透明基底1上方的五层材料结构，五层材料结构包括：透明底电极层2、第一阻挡层3、有机光敏层4、第二阻挡层5、顶电极层6；
[0009]其中，透明底电极层2覆盖透明基底1的半个上表面，透明底电极层2的上表面以及未被透明底电极层2覆盖的透明基底1上表面被第一阻挡层3覆盖，第一阻挡层3上方依次为有机光敏层4、第二阻挡层5、顶电极层6；
[0010]第一阻挡层3和/或第二阻挡层5，与有机光敏层4的界面处具有用于堆积载流子的
载流子陷阱；在正向偏压下，第一阻挡层3和/或第二阻挡层5与有机光敏层4界面处的载流子陷阱引发外电路载流子隧穿注入，使所述基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管以PM模式工作；在反向偏压下，有机光敏层4上下两侧的第一阻挡层3和第二阻挡层5阻止外电路载流子的注入，使所述基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管以PV模式工作。
[0011]作为优选方式，所述有机光敏层包含一种或多种有机半导体材料。
[0012]作为优选方式，所述有机光敏层的材料选自：聚([2,6
‑
4,8
‑
双
‑
((2
‑
乙基己基)
‑
噻吩
‑5‑
基)苯并[1,2
‑
B(PBDB
‑
T),聚[(2,6
‑
(4,8
‑
双(5
‑
(2
‑
乙基己基
‑3‑
氟)噻吩
‑2‑
基)
‑
苯并[1,2
‑
B:4,5
‑
B']二噻吩])
‑
ALT
‑
(5,5
‑
(1',3'
‑
二
‑2‑
噻吩
‑
5',7'
‑
双(2
‑
乙基己基)苯并[1',2'
‑
C:4',5'
‑
C']二噻吩
‑
4,8
‑
二酮)(PM6),聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)(P3HT),3,9
‑
bis(2
‑
methylene
‑
(3
‑
(1,1
‑
dicyanomethylene)
‑
indanone))
‑
5,5,11,11
‑
tetrakis(5
‑
hexylthienyl)
‑
dithieno[2,3
‑
d:2
’
,3
’‑
d
’
]‑
s
‑
indaceno[1,2
‑
b:5,6
‑
b
’
]dithiophene(ITIC
‑
Th),2,2'
‑
((12,13
‑
双(2
‑
乙基己基)
‑
12,13
‑
二氢
‑
3,9
‑
二十一烷基bisthieno[2”,3”:4',5']thieno[2',3':4,5]pyrrolo[3,2
‑
e:2',3'
‑
g][2,1,3]benzothiadiazole
‑
2,10
‑
二基)双(次甲基(5,6
‑
二氟
‑3‑
氧代
‑
1H
‑
茚
‑
2,1(3H)
‑
二亚基)))双(丙二腈)(Y6),[6,6]‑
苯基C61丁酸甲酯1
‑
[3
‑
(甲氧羰基)丙基]‑1‑
苯基
‑
[6.6]C613
′
H
‑
环丙[1,9][5,6]富勒烯
‑
C60
‑
IH
‑3′‑
丁酸3
′‑
苯甲酯3
‑
苯基
‑
3H
‑
环丙[1,9][5,6]富勒烯
‑
C60
‑
IH
‑3‑
丁酸甲酯(PC61BM)其中一种或多种。
[0013]作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管，其特征在于：包括底部的透明基底(1)、透明基底(1)上方的五层材料结构，五层材料结构包括：透明底电极层(2)、第一阻挡层(3)、有机光敏层(4)、第二阻挡层(5)、顶电极层(6)；其中，透明底电极层(2)覆盖透明基底(1)的半个上表面，透明底电极层(2)的上表面以及未被透明底电极层(2)覆盖的透明基底(1)上表面被第一阻挡层(3)覆盖，第一阻挡层(3)上方依次为有机光敏层(4)、第二阻挡层(5)、顶电极层(6)；第一阻挡层(3)和/或第二阻挡层(5)，与有机光敏层(4)的界面处具有用于堆积载流子的载流子陷阱；在正向偏压下，第一阻挡层(3)和/或第二阻挡层(5)与有机光敏层(4)界面处的载流子陷阱引发外电路载流子隧穿注入，使所述基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管以PM模式工作；在反向偏压下，有机光敏层(4)上下两侧的第一阻挡层(3)和第二阻挡层(5)阻止外电路载流子的注入，使所述基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管以PV模式工作。2.根据权利要求1所述的基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管，其特征在于：所述有机光敏层包含一种或多种有机半导体材料。3.根据权利要求1所述的基于阻挡层界面调控的双模有机光电二极管，其特征在于：所述有机光敏层的材料选自：聚([2,6
‑
4,8
‑
双
‑
((2
‑
乙基己基)
‑
噻吩
‑5‑
基)苯并[1,2
‑
B(PBDB
‑
T)，聚[(2,6
‑
(4,8
‑
双(5
‑
(2
‑
乙基己基
‑3‑
氟)噻吩
‑2‑
基)
‑
苯并[1,2
‑
B:4,5
‑
B']二噻吩])
‑
ALT
‑
(5,5
‑
(1',3'
‑
二
‑2‑
噻吩
‑
5',7'
‑
双(2
‑
乙基己基)苯并[1',2'
‑
C:4',5'
‑
C']二噻吩
‑
4,8
‑
二酮)(PM6)，聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)(P3HT)，3,9
‑
bis(2
‑
methylene
‑
(3
‑
(1,1
‑
dicyanomethylene)
‑
indanone))
‑
5,5,11,11
‑
tetrakis(5
‑
hexylthienyl)
‑
dithieno[2,3
‑
d:2
’
,3
’‑
d
’
]
‑
s
‑
indaceno[1,2
‑
b:5,6
‑
b
’
]dithiophene(ITIC
‑
Th)，2,2'
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洋，李凌峰，吴佳澳，刘青霞，袁柳，顾德恩，黎威志，太惠玲，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：