光探測器是采用本身對光具有選擇性吸收的半導(dǎo)體材料作為活性層制備而成，下面是學(xué)習(xí)啦小編整理了光探測器技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　光探測器技術(shù)論文篇一

　　有機(jī)光信號探測器簡介

　　摘 要 有機(jī)半導(dǎo)體獨(dú)特的光電性質(zhì)使其成為光信號檢測領(lǐng)域創(chuàng)新性發(fā)展的重要材料基礎(chǔ)。事實上，有機(jī)感光材料不僅具有良好的光吸收性能，同時具備可低溫大面積制備的特性。本文主要介紹了光探測器的最新進(jìn)展，重點針對光敏二極管和光敏晶體管兩大光敏器件類型。截至目前，針對光敏器件的研究還很有限，但光敏器件已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于制備各種單獨(dú)的光電器件，以及各種復(fù)雜的光電系統(tǒng)。

　　【關(guān)鍵詞】有機(jī)電子器件 光探測器 光敏二極管 光敏晶體管

　　1 引言

　　隨著科技的不斷發(fā)展，大面積、低成本、柔性、輕巧便攜成為人們對新一代電子器件的追求目標(biāo)。π共軛有機(jī)小分子半導(dǎo)體和聚合物半導(dǎo)體由于可利用低成本高效率的印刷方式制備大面積柔性器件，目前已成為研究的熱門材料。通過分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計，材料的光電性質(zhì)也會隨之改變，這也使得有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)，有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFETs)，有機(jī)光伏器件(OPVs)，有機(jī)記憶存儲器及有機(jī)傳感器得到了很大的發(fā)展。

　　光探測是有機(jī)半導(dǎo)體材料的重大的應(yīng)用之一。有機(jī)半導(dǎo)體的種類繁多，通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計可以實現(xiàn)從紫外到近紅外的全波段光的吸收或者特定波段光的吸收。有機(jī)半導(dǎo)體可低溫制備的特性使得大面積柔性光電系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。本文主要介紹了光敏二極管和光敏晶體管這兩類光敏器件的研究現(xiàn)狀，并通過對這兩類光敏器件的研究和歸納展望光電系統(tǒng)的未來發(fā)展。

　　2 光敏二極管

　　2.1 可見光探測器

　　可見光范圍的有機(jī)光探測器的研究在上個世紀(jì)90年代已有一些初期的報道，從那以后，越來越多的研究成功的制備出涵蓋整個可見光范圍的有機(jī)光探測器。無論是基于有機(jī)小分子還是聚合物，大部分器件都是建立在Donor/Acceptor (D/A)異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)之上。對于有機(jī)小分子半導(dǎo)體器件而言，分子束沉積技術(shù)使得分子的納米結(jié)構(gòu)和形貌得到了良好的控制。較為復(fù)雜的是采用溶液法制備的光敏器件，其異質(zhì)結(jié)的形貌很難在納米尺度上進(jìn)行控制，且相容性較好的D/A對的選擇也起著關(guān)鍵的作用。其中為人熟知的溶液法制備的聚3-己基噻吩(P3HT)/富勒烯衍生物(PC61BM)異質(zhì)結(jié)對，具有較寬的光譜吸收范圍(從400nm到600nm)，較高的載流子遷移率，其外量子效率(EQE)能達(dá)到70%。另外，有研究報道PC61BM的類似物PC71BM在可見光范圍內(nèi)具備更寬的光吸收。除此之外，新興的導(dǎo)電高分子如聚芴的衍生物及其共聚化合物也可成為供體(D)或者受體(A)的替代材料。與藍(lán)綠光的探測器相比，針對紅光的光敏二極管的研究相對較少。這是由于對紅光敏感的材料往往能帶間隙比較小，其合成比較困難，其溶解性和穩(wěn)定性較差。另外，由于能級間隙變小，要想找到能級匹配的D/A組合就變得更加困難。盡管如此，基于紅光-近紅外探測的器件在應(yīng)用上仍然得到了較大的發(fā)展，比如在光通訊領(lǐng)域，遠(yuǎn)程控制，環(huán)境控制或者生物醫(yī)療領(lǐng)域。

　　2.2 全波段光探測器

　　由于半導(dǎo)體材料對太陽光的吸收性能是提高太陽能電池效率的關(guān)鍵因素，因此隨著對光伏器件研究的加深，基于半導(dǎo)體材料光吸收性能的光敏二極管也得到了大力的發(fā)展。就聚合物而言，通過稠雜環(huán)的聚合反應(yīng)可以得到能帶間隙較窄的導(dǎo)電聚合物，用于制備全波段的光探測器。2007年，Yang課題組采用酯基改性的聚噻吩(PTT)與PC61BM形成異質(zhì)結(jié)光敏探測器能探測900nm的光(800nm波長時EQE值達(dá)到40%)。用類似的方法，Gong等人使用窄帶隙的聚合物PDDTT與PC61BM混合形成異質(zhì)結(jié)制備出能探測300nm到1450nm的全波段光探測器(900nm波長時EQE值達(dá)到30%)。對于小分子而言，卟啉類小分子化合物在長波長范圍內(nèi)有良好的吸收特性。最近報道的采用溶液法制備的卟啉陣列光敏探測器，其中卟啉單元呈帶狀排列，器件的EQE值在1400nm波長時達(dá)到了10%。這樣的光敏器件的制備一般需要找到能級匹配的D/A對，混合制備形成異質(zhì)結(jié)。除此之外，若要實現(xiàn)對近紅外部分的光探測一般需要引入雜化體系，如有機(jī)小分子與聚合物混合，或者有機(jī)材料與無機(jī)材料混合。2009年Arnold等人將碳納米管與C60混合制備出了性能優(yōu)異的光敏探測器，半導(dǎo)體性的碳納米管受光照射激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對在碳納米管與C60的界面處被離解，增加了載流子密度，使光電流明顯增大。在制備過程中，使用共軛聚合物(P3HT或者PPV)包裹碳納米管增加其溶解性，使碳納米管之間能相互分離，并在薄膜上均勻的分布。碳納米管的直徑的高度分散性使器件實現(xiàn)了寬范圍的光吸收(從400nm到1600nm)。

　　除此之外，選擇性光探測器是采用本身對光具有選擇性吸收的半導(dǎo)體材料作為活性層制備而成，其中紫外光探測是光敏探測研究的一大重點，被廣泛用于科學(xué)，商業(yè)和軍事領(lǐng)域。但是由于紫外光能量較高，對有機(jī)半導(dǎo)體材料有破壞作用，因此對紫外探測器件的穩(wěn)定性考量是器件制備過程中十分重要的一步。

　　3 有機(jī)光敏晶體管

　　起初，基于共軛有機(jī)小分子和聚合物半導(dǎo)體的光敏晶體管的報道并沒有引起太大的關(guān)注，因為與無機(jī)光敏晶體管相比，這些有機(jī)晶體管的R值小，光敏開關(guān)比Ilight/Idark低，載流子遷移率也比較低。隨后，Noh等人制備的基于BPTT半導(dǎo)體的改進(jìn)型的光敏晶體管的開關(guān)比能達(dá)到無定型硅基光敏晶體管的100倍，這成為對有機(jī)光敏晶體管進(jìn)行深入的研究與發(fā)展的開端。有機(jī)光敏晶體管常用的小分子材料有并五苯、酞菁銅等。采用并五苯與酞菁銅作為活性材料的光敏晶體管器件其R值分別是10-50A/W和1.5-2.4A/W。除了小分子有機(jī)光敏晶體管外，利用聚合物半導(dǎo)體作為活性層有望制備全有機(jī)的柔性光敏晶體管。Narayan等人采用P3OT作為半導(dǎo)體，PVA作為絕緣層制備的柔性器件，其在1μW時光敏開關(guān)比達(dá)到100倍，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的兩端二極管器件。另外，D/A異質(zhì)結(jié)也被引入用于光敏晶體管的制備。通常是將兩種能級匹配的半導(dǎo)體材料混合作為晶體管的活性材料部分，由于晶體管的第三端作用往往會使光電流大大增加，使光敏晶體管器件的性能更好。

　　4 結(jié)論

　　有機(jī)光信號探測器作為一種極具成本效益的電子器件，可用于短范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)碼成像和傳感等。它的優(yōu)點是易調(diào)控，可集成和可實現(xiàn)對光波段的選擇性。簡單的制備方式，大量的有機(jī)半導(dǎo)體的材料儲備，較高的量子產(chǎn)率和光響應(yīng)速度使得有機(jī)光信號探測器具備廣泛的應(yīng)用前景。

　　作者單位

　　同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院 上海市 201804

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