[发明专利]一种双极型近红外光敏场效应管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双极型近红外光敏场效应管及其制备方法，主要采用真空蒸镀法，以p型有机小分子酞氰铜和n型有机小分子全氟酞氰铜作为异质结有源层，以金属氧化物五氧化二钒和小分子有机物2T‑NATA组成的多层超晶格结构作为光敏层，以包含300nm二氧化硅的重掺杂n型(100)硅片为衬底，以金作为源/漏电极材料制备薄膜场效应管。本发明制备方法成熟、生产成本低，所得场效应管不仅结构简单、具有双极型场效应特性和较高的稳定性，还可以对波长1000‑1400nm范围内的近红外光有较高的光响应度，在光纤通信、生物医疗、红外探测和成像等方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及场效应管技术领域，特别是涉及一种双极型近红外光敏场效应管及其制备方法。

背景技术

随着光电集成产业的快速发展，在光通信、生物光子学、图像传感等领域对近红外光探测器的性能都提出了更高的要求。其中，近红外光敏场效应晶体管是光电探测器的一种，与同样是光电探测器家族成员的光电二极管相比，具有场效应特性的光敏场效应管集成了光信号的探测和放大功能，具有更高的灵敏度、更低的噪声和更宽的响应频谱。

与传统无机场效应管相比，有机双极型场效应管可以传输两种载流子，具有便于提高集成度、易于调节性能、可大面积低成本制造等优点。双极型有机场效应管普遍表现为：在正栅压下传输电子载流子和在负栅压下传输空穴载流子。分别选用p型和n型有机半导体材料作为异质结有源层材料，调控膜厚比例，即能实现平衡双极输运。

在种类繁多的有机半导体材料中，仅有少数窄带隙有机半导体材料对红外光响应，并且其工作波段都在1000nm以下，这极大地限制了有机光敏场效应管在近红外波段的应用。因此，能够在1000nm以上近红外波段工作的光敏场效应管是研究者们迫切需要解决的问题。

本发明中，有机小分子材料2T-NATA的最高占据分子轨道(HOMO)能级约为-5.0eV，无机氧化物V₂O₅具有较高的电负性，其得电子能力较强且导带底较深(-4.7eV)。因此，由2T-NATA和V₂O₅组成的超晶格体系中，由于受体V₂O₅的导带底非常靠近给体的HOMO能级，光照后电子易获得能量从2T-NATA的HOMO能级跃迁到V₂O₅导带中，即电荷在分子间子带隙跃迁，形成电荷转移复合物(Charge-Transfer Complex,CTC)。V₂O₅/2T-NATA光敏层分子间的子带隙约为0.3eV，该光敏层对波长在1000-1400nm范围内的近红外光有较强的吸收，这一波长范围包含1310nm光纤通信窗口。结果表明由V₂O₅/2T-NATA作为光敏层在光纤通信和红外探测方面具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种双极型近红外光敏场效应管及其制备方法，制备方法成熟、生产成本低，所得场效应管不仅结构简单、具有双极型场效应特性和较高的稳定性，还可以对波长1000-1400nm范围内的近红外光有较高的光响应度，在光纤通信、生物医疗、红外探测和成像等方面具有潜在的应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双极型近红外光敏场效应管，该场效应管包括基底、异质结有源层、近红外光光敏层、源/漏电极层，所述基底为包含300nm厚度二氧化硅的晶向100的重掺杂n型硅片，所述异质结有源层为p型有机小分子酞氰铜薄膜和n型有机小分子全氟酞氰铜薄膜，所述近红外光光敏层为多层超晶格结构V₂O₅/2T-NATA复合薄膜，所述源/漏电极层材料为金，所述异质结有源层、近红外光光敏层和源/漏电极层均通过真空蒸发法逐步沉积在基底上。

所述酞氰铜薄膜与全氟酞氰铜薄膜的膜厚比为1:3。