一种基于光场控制的超快响应有机光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光场控制的超快响应有机光电探测器，具有体异质结结构，依次包括透明基底、阳极、空穴传输层、光敏层、电子传输层、空穴阻挡层和阴极；所述光敏层为电子给体材料和电子受体材料的共混层；所述电子给体材料为Rubrene或TAPC；所述电子受体材料为C

【技术实现步骤摘要】
一种基于光场控制的超快响应有机光电探测器


[0001]本专利技术涉及有机光电器件领域，特别涉及一种基于光场控制的超快响应有机光电探测器。

技术介绍

[0002]随着数字化生活方式的发展，柔性电子器件因其在可植入、可拉伸、可穿戴等新兴领域的巨大应用潜力而备受关注。近些年来，在诸如电子皮肤、光通信、电池和可拉伸电路等许多应用领域，柔性电子器件都取得了重大的技术进步。在柔性可穿戴电子设备的众多应用中，数据通信一直是不可缺少的一环。光电探测器可将入射光信号转换为电信号，是通信系统的一个重要组成部分。目前，基于无机半导体材料(如Si，
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物)的光电探测器已经十分成熟，但是其仍存在着一些不可忽视的缺点与不足，如难以制备成柔性器件、高能耗制备、高昂贵的制作成本等。为了弥补无机光电探测器的不足，基于有机半导体材料的光电探测器成为了近些年人们的研究热点。与传统的无机半导体材料相比，有机半导体材料具有许多独特优势，例如重量轻、加工成本低、与柔性基底良好兼容、可大面积加工制备等。并且从理论上讲，人们可以通过分子结构设计的方式合成不同特性的有机半导体材料，从而适应各种不同的应用需求。基于这些优势，有机光电探测器在近十几年间发展迅猛，在许多方面已经媲美甚至赶超传统的硅基光电探测器。
[0003]然而，有机光电探测器的响应速度仍然远远慢于传统的无机光电探测器。到目前为止，最快的有机光电探测器是在2000年，Peumans等人报道的基于多层平面复合结构、具有430MHz超高带宽的有机光电探测器，但其器件结构复杂，制备条件苛刻，需要超高真空制备，重复较差。目前，电子传输层或空穴传输层也会吸收检测波段光，吸收的光形成激子后，需要经过一个较长的扩散过程才能形成光电流，这导致有机光电探测器件的响应速度慢，不利于有机光电探测器的应用。

技术实现思路

[0004]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基于光场控制的超快响应有机光电探测器，通过选用在探测目标波段吸收很少的电子传输层与空穴传输层，进而将光主要吸收位置限制在光敏层，主动抑制光生激子的长距离扩散过程，从而采用光场控制的方式实现超快的响应速度，在红光波段达到亚纳秒响应，其最高带宽高达970MHz。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于光场控制的超快响应有机光电探测器，具有体异质结结构，依次包括透明基底、阳极、空穴传输层、光敏层、电子传输层、空穴阻挡层和阴极；
[0007]所述光敏层为电子给体材料和电子受体材料的共混层；所述电子给体材料为Rubrene或TAPC；所述电子受体材料为C
70
；
[0008]所述电子传输层材料为C
60
；
[0009]所述空穴传输层的材料为Rubrene或TAPC。
[0010]优选的，所述基于光场控制的超快响应有机光电探测器的工作波段为红外波段，在该波段下，光吸收的位置被抑制在光敏层；更优选的，所述工作波段为660nm。
[0011]优选的，所述空穴阻挡层的材料为BCP或C
60
。
[0012]优选的，所述空穴传输层的厚度为5～60nm。
[0013]优选的，所述光敏层的厚度为40～100nm。
[0014]优选的，所述电子传输层的厚度为5～100nm。
[0015]优选的，所述透明基底为玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷。
[0016]优选的，所述阳极为ITO、导电聚合物或Cu。
[0017]优选的，所述阴极的材料为Al、Ag或Au。
[0018]优选的，所述电子给体材料的掺杂浓度为5wt％～80wt％。
[0019]更优选的，所述基于光场控制的超快响应有机光电探测器的响应时间为0.8～0.9ns。
[0020]更优选的，所述阴极的厚度为50～500nm。
[0021]更优选的，所述电子给体材料的掺杂浓度为10wt％～50wt％。
[0022]所述基于光场控制的超快响应有机光电探测器的制备方法为：
[0023]对附有阳极材料的透明基底进行清洗，然后依次蒸镀空穴传输层、光敏层、电子传输层、空穴阻挡层和金属阴极，得到基于光场控制的超快响应有机光电探测器。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0025](1)本专利技术的基于光场控制的超快响应有机光电探测器，通过选用在探测目标波段吸收很少的电子传输层与空穴传输层，进而将光主要吸收位置限制在光敏层，主动抑制光生激子的长距离扩散过程，从而采用光场控制的方式实现超快的响应速度，在红光波段达到亚纳秒响应，其最高带宽高达970MHz。
[0026](2)本专利技术的基于光场控制的超快响应有机光电探测器，选用具有高迁移率的有机材料(Rubrene、TAPC、C
70
、C
60
、BCP)，有效降低了器件内部的载流子传输时间。
[0027](3)本专利技术的基于光场控制的超快响应有机光电探测器，可选用柔性材料作为基底，其响应速度同样达亚纳秒，最高带宽达900MHz，可应用于穿戴设备的应用。
附图说明
[0028]图1为本专利技术中实施例1制备的基于Rubrene、C
70
和C
60
体系的体异质结结构的超快响应有机光电探测器的结构示意图。图中11为透明基底，12为阳极，13为空穴传输层，14为光敏层，15为电子传输层，16为空穴阻挡层，17为金属阴极。
[0029]图2本专利技术中实施例1中涉及的材料Rubrene、C
70
和C
60
薄膜的归一化吸收光谱曲线图。
[0030]图3为本专利技术实施例1中涉及的超快有机光电探测器在不同频率下的响应波形图。
[0031]图4为实施例1中涉及的30个超快有机光电探测器的响应速度的数值统计分布图。
[0032]图5为实施例1中涉及的超快有机光电探测器的脉冲响应波形图。
[0033]图6为实施例1中涉及的超快有机光电探测器的频率响应特性曲线。
[0034]图7为实施例1中涉及的柔性超快有机光电探测器的脉冲响应波形图。
[0035]图8为实施例1中涉及的柔性超快有机光电探测器的频率响应特性曲线。
[0036]图9为本专利技术中对比例1制备的基于Rubrene和C
70
体系的有机光电探测器的结构示意图。图中21为透明基底，22为阳极，23为空穴传输层，24为光敏层，25为电子传输层，26为空穴阻挡层，27为金属阴极。
[0037]图10为本专利技术中实施例1与对比例1中涉及的两种有机光电探测器的响应波形对比图。
[0038]图11为本专利技术中实施例1与对比例1中涉及的两种有机光电探测器的响应速度存在巨大差异的机理图。
[0039]图12为本专利技术中实施例2制备的基于TAP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光场控制的超快响应有机光电探测器，其特征在于，具有体异质结结构，依次包括透明基底、阳极、空穴传输层、光敏层、电子传输层、空穴阻挡层和阴极；所述光敏层为电子给体材料和电子受体材料的共混层；所述电子给体材料为Rubrene或TAPC；所述电子受体材料为C
70
；所述电子传输层材料为C
60
；所述空穴传输层的材料为Rubrene或TAPC。2.根据权利要求1所述的基于光场控制的超快响应有机光电探测器，其特征在于，其工作波段为红外波段，在该波段下，光吸收的位置被抑制在光敏层。3.根据权利要求1所述的基于光场控制的超快响应有机光电探测器，其特征在于，所述空穴阻挡层的材料为BCP或C
60
。4.根据权利要求1所述的基于光场控制的超快响应有机光电探测器，其特征在于，所述空...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德志，马东阁，郑景博，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：