光探測器是采用本身對光具有選擇性吸收的半導體材料作為活性層制備而成，下面是學習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

　　有機光信號探測器簡介

　　摘 要 有機半導體獨特的光電性質(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)被廣泛的應用于制備各種單獨的光電器件，以及各種復雜的光電系統(tǒng)。

　　【關(guān)鍵詞】有機電子器件 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。π共軛有機小分子半導體和聚合物半導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，這也使得有機發(fā)光二極管(OLEDs)，有機場效應晶體管(OFETs)，有機光伏器件(OPVs)，有機記憶存儲器及有機傳感器得到了很大的發(fā)展。

　　光探測是有機半導體材料的重大的應用之一。有機半導體的種類繁多，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。有機半導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

　　可見光范圍的有機光探測器的研究在上個世紀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光探測器。無論是基于有機小分子還是聚合物，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。對于有機小分子半導體器件而言，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用上仍然得到了較大的發(fā)展，比如在光通訊領(lǐng)域，遠程控制，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)的聚合反應可以得到能帶間隙較窄的導電聚合物，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，如有機小分子與聚合物混合，或者有機材料與無機材料混合。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，商業(yè)和軍事領(lǐng)域。但是由于紫外光能量較高，對有機半導體材料有破壞作用，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 有機光敏晶體管

　　起初，基于共軛有機小分子和聚合物半導體的光敏晶體管的報道并沒有引起太大的關(guān)注，因為與無機光敏晶體管相比，這些有機晶體管的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半導體的改進型的光敏晶體管的開關(guān)比能達到無定型硅基光敏晶體管的100倍，這成為對有機光敏晶體管進行深入的研究與發(fā)展的開端。有機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。除了小分子有機光敏晶體管外，利用聚合物半導體作為活性層有望制備全有機的柔性光敏晶體管。Narayan等人采用P3OT作為半導體，PVA作為絕緣層制備的柔性器件，其在1μW時光敏開關(guān)比達到100倍，遠高于傳統(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，大量的有機半導體的材料儲備，較高的量子產(chǎn)率和光響應速度使得有機光信號探測器具備廣泛的應用前景。

　　作者單位

　　同濟大學材料學院 上海市 201804

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