[发明专利]一种柔性倍增型有机光电探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性倍增型有机光电探测器及制备方法，包括柔性透明衬底层，柔性透明衬底层上依次叠导电阳极层、空穴传输层、活性层和导电阴极层，所述活性层为混合薄膜、混合薄膜的厚度为800～1200nm，制作混合薄膜的材料包括并不限于电子给体材料和电子受体材料；采用上述结构制备的器件，整体具有高柔性的特点，可以用于可穿戴设备领域，具有小型化的实用价值；通过调整给体材料和受体材料的质量比，使用少量的给体材料作为电子陷阱，在反向偏压的情况下，加强电子隧穿注入，从而达到倍增型器件的倍增效应，同时与传统倍增型器件相比，本发明拥有更快的响应速度。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，特别涉及一种柔性倍增型有机光电探测器的设计与制备方法。

背景技术

光电探测器是一种十分重要的光电器件，可以广泛应用于军用、民用、科研等领域。取代胶片相机的数码相机的核心零件—数字图像传感器，组成它的重要部分之一是高灵敏度的光电探测器。在光通信中，整个系统至少要包含发送端、传输介质和接收端，其中接收端就是光电探测器(以搭配解调设备)。光电探测器已经是现在社会生活、生产、科学研究等领域都不可或缺的基本元件。然而，现有的光电探测器依然不能满足应用领域的需求。要让器件性能有新的突破，则需要寻找新的半导体材料、新的器件结构。

近年来，已有许多商业化的光电探测器产品，它们主要是基于硅、氮化镓等传统的无机半导体材料。随着有机半导体材料的蓬勃发展，越来越多的有机半导体、有机无机杂化半导体等新材料逐渐被应用于光电探测器中来。有机半导体材料有着天然的独特优势，应用到光电器件中来：其特性可以按照需求调控，比如调控光谱吸收范围，可以在从紫外到红外范围内拥有相应；有机分子之间主要是范德华力在起作用，范德华力相对较弱，这让有机材料具有相对低的硬度，更容易应用于柔性器件之中；同时，有机溶剂拥有较高的溶解度，可以使用喷涂、印刷等溶液法工艺，在卷对卷生产线上大规模、高速度地大面积生产器件，降低生产成本。

对于有机光电探测器而言，主要分为传统的二极管型，晶体管型还有倍增型。其中，倍增型器件利用调整的器件结构和外部电路注入，可以实现超过105以上的EQE，这是其余两种结构无法获得的增益效应。但是，倍增型器件的响应时间大大增加，这是由原理决定的不利用使用的负面影响。现在倍增效应的获得主要有两种手段：一是调整活性层有机材料质量比，范围在给体：受体＝100：1-100：10wt％，利用少量的受体作为陷阱，俘获载流子，在提供外来偏压的情况下增强电子隧穿注入，提供倍增效应；二是掺入除活性层给体受体外的小分子材料，作为缺陷态来源，俘获载流子，从而获得光电倍增效应。倍增型器件的原理研究和器件结构设计与制备相对于二极管器件还尚有差距，但是高倍增收益使其拥有深厚的发展潜力。

与此同时，随着集成电路技术的高速发展，对电子元器件的提出了一些新的要求，特别是对用于可穿戴设备的元器件提出了高柔性要求。目前，光电探测器绝大多数器件都是使用刚性透明电极和金属电极。透明电极常用氧化铟锡ITO，而金属电极根据材料能级匹配原理可以选用铝Al、银Ag、金Au、镍Ni、铬Cr其中一种或复数种的合金。为了满足柔性的要求，在两端电极的选择和制备上需要做出适当调整。

发明内容

提供了一种柔性倍增型有机光电探测器及制备方法，解决了上述问题的不足。

本发明采用的技术方案如下：

一种柔性倍增型有机光电探测器，包括柔性透明衬底层，柔性透明衬底层上依次叠导电阳极层、空穴传输层、活性层和导电阴极层，所述活性层为混合薄膜、混合薄膜的厚度为800～1200nm，制作混合薄膜的材料包括并不限于电子给体材料和电子受体材料；所述电子给体材料和所述电子受体材料的质量比为1:100～10:100。

进一步地，所述电子给体材料为P3HT、PBDB-T或PBDTT-DPP，所述电子受体材料为富勒烯衍生物PC60BM、PC61BM或PC71BM。