[发明专利]一种高响应度的有机红外探测器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光电子技术领域，具体涉及采用功能掺杂层的一种高响应度的有机红外探测器件。

背景技术

光探测技术的不断发展对光接收设备提出了越来越高的要求。红外探测器是红外技术中最重要的应用之一，制作高响应度，响应波长在950nm～1200nm的近红外光探测器，并最终实现光电集成接收机芯片一直是人们追求的目标。基于无机半导体材料的红外光探测器件取得了很大的进展，但是无机半导体材料在外延生长和掺杂方面还有问题，也存在着制作工艺复杂，材料成本昂贵的不足。随着有机半导体材料的迅猛发展和有机光电子器件的深入研究，基于有机半导体材料的红外光探测器件得到了科研人员的重视，并取得了一定的进展。与无机红外光探测器相比，有机半导体材料具有质轻，价廉，加工性能优异等特点，更易制备小体积，低功耗，低成本的红外探测器件，解决了无机红外光探测器中普遍存在的设备昂贵、工艺复杂等不足。

目前，有机红外探测材料与器件的研究在国际上还处于起步阶段。而且，由于有机半导体分子间通常为范德华作用力，载流子迁移率低，光敏材料电阻率很大，从而导致有机红外探测器件响应度较低，严重制约了其发展和应用。因此，提高有机红外光探测响应度是其需要解决的主要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高响应度的有机红外探测器件，解决现有机红外探测器件光响应度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高响应度的有机红外探测器件，由下而上依次为透明衬底、导电阳极、功能掺杂层、光活性层、功能掺杂层和金属阴极，功能掺杂层由聚(N,N’双(4-丁基苯基)-N,N’-双(苯基)联苯胺)(Poly-TPD)和二氧化钛纳米颗粒(TiO₂)混合组成，质量百分比为：Poly-TPD 90％～99％，TiO₂ 1％～10％。

进一步地，所述功能掺杂层厚度为5nm～15nm。

进一步地，所述透明衬底的材料为玻璃、透明聚合物柔性材料或者生物可降解的柔性材料中的一种或者多种；所述透明聚合物柔性材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的一种或多种的组合。

进一步地，所述导电阳极材料为氧化铟锡、导电聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐或碳纳米管中的任意一种或多种的组合。

进一步地，所述光活性层能吸收波长950nm～1200nm的近红外光。

进一步地，所述光活性层材料为聚(4,4’-双(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻咯)-2,6-联苯-ALT-(2,1,3-苯并噻二唑)-4,7-联苯(PSBTBT)、[2,6-(4,4-二-(2-乙基己基)-4H-环戊烯[2,1-b；3,4-b’]-二噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)]共聚物(PCPDTBT)、噻吩(3,4-b)并噻吩和苯并二噻吩的共聚物(PTB)，氯代亚-2,3-萘酞菁硼(SubNc)、氯代酞菁铝(ClAlPc)、萘酞菁铜(CuNc)，硫化铅(PbS)中的一种或多种的组合。

进一步地，所述金属阴极的材料是金属薄膜或合金薄膜，所述金属薄膜为锂、镁、钙、锶、铝或铟金属薄膜，所述合金薄膜为锂、镁、钙、锶、铝或铟与铜、金或银的合金；金属阴极厚度为100nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所涉及的功能掺杂层，Poly-TPD材料具有较高的最低未占轨道(LUMO)能级，TiO₂充当电子陷阱，二者结合能够阻止器件内部电子的传输，在反向偏压下，使得空穴从阴极一端二次注入，从而增加器件的光电流，提高光响应度。

(2)本发明采用的器件结构是“三明治”式的结构，所有功能层材料采用蒸镀和旋涂成膜，器件制备方法较基于无机材料的红外光探测器件的制备方法简单，且易操作。

(3)器件对950nm～1200nm波段的红外光的敏感。本发明所述的有机红外探测器件具有较高的响应度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的实施例二中所述器件在红外光(波长为950nm，强度为1.6mW/cm²)照射和无红外光照射条件下的电流密度-电压特性曲线；

图3是本发明的实施例三中所述器件在红外光(波长为950nm，强度为1.6mW/cm²)照射和无红外光照射条件下的响应曲线；