[发明专利]一种低暗电流的有机近红外光探测二极管

说明书

本发明公开了一种低暗电流的有机近红外光探测二极管。这种具有低暗电流的有机近红外光探测二极管包括衬底、阳极、电子阻挡层、光吸收层、空穴阻挡层和阴极，其中电子阻挡层为交联的PolyTPD，空穴阻挡层为蒸镀的C₆₀和氟化锂混合物。这种电子阻挡层和空穴阻挡层，可以在保持高的外量子效率的同时，显著地抑制反向偏压下的注入电流和产生电流。最终，本发明的有机近红外光探测二极管实现了低于1nA cm²的暗电流和65％的外量子效率，比探测率(D*)在850～940nm达到10¹³Jones以上。

技术领域

本发明涉及近红外光探测二极管，尤其涉及一种低暗电流的有机近红外光探测二极管。

背景技术

有机近红外光探测在医学监护、生物成像等领域有广阔的应用前景。然而，相比传统无机光探测二极管，有机光探测二极管往往具有较高的暗电流，从而导致其较低的比探测率。如何通过分子结构设计、器件设计等手段降低有机光探测二极管暗电流，引起了研究者的广泛关注。

2010年，美国加州大学Santa Barbara分校的Xiong Gong等人使用宽带隙的聚合物PS-TPD-PFCB作为电子阻挡层，使用C₆₀作为空穴阻挡层用于富勒烯基的有机近红外光探测二极管，制备得到的器件在-1V偏压下暗电流降低至4nA cm^-2(Sensors,2010,10,6488-6496)。2019年，华南理工大学的曹镛等人，开发了一种全聚合物给受体layer-by-layer的光吸收层制备方法，利用给体(受体)的电子(空穴)阻挡作用，可将器件在-2V偏压下暗电流降低约一个数量级至200nA cm^-2(ACS Appl.Mater.Interfaces,2019,11,8350-8356)。同年，美国加州大学的Guillermo C.Bazan等人开发了基于环戊双噻吩核，且具有A-D’-D-D”-A不对称构型的受体CO1-4Cl，把它与聚合物给体PTB7-Th搭配，制备得到的器件在-2V偏压下暗电流低至7nA cm^-2(Adv.Mater.,2019,1906027)。

从上述例子可以看出，与传统无机光探测二极管相比(通常低于1nA cm^-2)，目前有机近红外光探测二极管的暗电流仍然较大。为了适应其应用于近红外弱光探测的需求，需要开发具有更低暗电流有机近红外探测二极管。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低暗电流的有机近红外光探测二极管。本发明的有机近红外光探测二极管实现了低于1nA cm²的暗电流和65％的外量子效率。

一种低暗电流的有机近红外光探测二极管，包括衬底、阳极、电子阻挡层、由电子给体与电子受体共混形成的光吸收层、空穴阻挡层和阴极，所述电子阻挡层为交联的PolyTPD(Poly(N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidine)，空穴阻挡层为蒸镀的C₆₀和氟化锂(LiF)混合物。

上述技术方案中，进一步地，所述的电子阻挡层中PolyTPD采用1,6-二叠氮己烷作为交联剂，经过紫外光照和加热退火实现交联。

进一步地，所述的空穴阻挡层中C₆₀与LiF的体积比为1:1～1:6，厚度为20～60nm。

进一步地，所述的光吸收层为具有红外光响应电子给体与电子受体的混合薄膜。所述光吸收层的厚度为120-250nm。

进一步地，所述的衬底为玻璃或柔性塑料；所述的阳极为透明电极；所述的阴极为不透明金属电极。

本发明的有益效果在于：