[发明专利]平面构型有机红外或紫外光伏半导体探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其是光伏型有机半导体探测器。

背景技术

有机红外/紫外半导体（Organic Infrared/Ultraviolet Semiconductor）被界定为如下一类材料：在电磁波的红外/紫外波段有光电或光伏效应的有机小分子、有机金属配合物、有机寡聚物或高聚物。此类材料不同于红外/紫外无机半导体的显著特征在于分子间作用力以范德瓦耳斯力、氢键、π-π电子作用力、配位键等作用力为主，因此有别于分子间靠共价键、离子键等作用力为主的无机红外/紫外半导体材料，有机红外/紫外半导体材料能够在单晶、多晶、非晶甚至柔性衬底上制备薄膜。

有机半导体材料相对于无机半导体材料，具有价廉质轻、溶解性好、易加工成大面积柔性器件和通过分子剪裁调控光电性能的优势。有机半导体材料作为一种光电响应材料如能实现红外或紫外探测，则可以克服无机半导体材料的诸多缺点。因此近年来西方发达国家开始了对有机半导体材料在这方面的应用研究。

红外技术是现代光电子技术领域的重要组成部分，是研究红外辐射的产生、传输、转换、探测及应用的一种高新技术。军事应用是推动红外技术发展的主要动力，红外成像、红外制导、红外预警等在现代战争和未来战争中都是必不可少的战术和战略手段。红外探测器是红外技术中最重要的应用之一，而红外探测器材料又是影响红外探测器性能的直接因素，红外材料的发展可直接影响红外探测器的性能及应用。

紫外探测技术作为红外探测技术的重要补充，日益受到军方重视，其重要军事应用之一是导弹逼近紫外告警。

目前实用化的量子型红外探测器主要是碲镉汞为主的无机材料，这些材料存在的问题是：制备成本高、工艺复杂、不能在廉价基片尤其是在硅衬底及金属电极上制备，从而限制了具有重要军事应用的红外探测器的应用。

现有用于制作紫外探测器的材料主要有ZnO、GaN、SiC等无机宽带隙半导体材料。它们的普遍特点是：制备温度高，应用波段范围窄，价格昂贵等，从而限制了具有重要军事应用的紫外探测器的应用。

有机红外探测器材料的研究则是近年才开展起来的。一般的有机/聚合物材料在大于1.00??m波长范围的红外区域没有光活性。截止至2003年，还没有用纯有机材料制成大于1.00??m波长的红外发光和光检测器件的报道。目前只有德国西门子公司和奥尔登堡大学报道了基于有机半导体材料的可见光-紫外探测器，其他国家的研究者虽合成出了具有紫外吸收特性的有机半导体材料，比如2,6-双取代茚并芴衍生物和二硫代氨基甲酸酯类等，但很少见有机紫外探测器方面的报道。

由于目前有机红外半导体材料主要存在的问题是响应波段尚不够理想（最高至1.60um），红外响应波段还低于第一个红外窗口，未达到实用化红外探测器材料的要求。所以向更长红外响应波段扩展的研究是今后有机红外半导体探测器材料的重要研究方向。通过对现有的有机半导体材料进行改性可使其响应波段进一步扩展，达到实用化波段。有机红外半导体材料薄膜可为非单晶薄膜，如能研制此种材料应用于红外探测器，不仅可实现低成本，大面阵的器件制备，甚至可使在读出电路上直接生长红外探测器的目标成为可能，从根本上改变传统的“长材料、做器件”的方法。从综合性能看，硅读出电路是红外焦平面探测器最佳的信号处理电路。当硅读出电路制备完成后，其表面呈非晶和微晶状态，因此，不可能在其表面上生长单晶态的红外探测器材料。如果要实现在读出电路上“长器件”的目标，只有突破在其表面直接制备红外探测器材料才有可能，而有机红外半导体材料薄膜可满足这一要求。

目前国外报道的有机半导体材料的应用研究主要集中在有机发光二极管、有机场效应晶体管和有机光伏太阳能电池上。有机半导体材料主要有以金属螯合物和稀土离子络合物为代表的有机小分子、有机低聚物和共轭高分子聚合物等，并已成功地应用于信息、能源、环保、医疗、农业、国防等各个领域。

有机半导体材料作为一种光电响应材料如能实现红外或紫外探测，则可克服以上无机半导体材料的缺点，从而有望制备成低成本、大面阵的红外或紫外探测器。

垂直结构的有机光伏探测器是使用多功能层材料构成的器件，这种结构的光伏器件利于器件的集成，却不可避免地损失了部分光。

 

发明内容

本发明的目的是要针对垂直结构的有机光伏探测器对光的损失而设计的一种便于通过溶液或热蒸发的技术制备的低成本、大面积、工艺简单的平面结构有机紫外或红外半导体光伏探测器。