电极肖特基接触对有机光敏晶体管性能的影响
发布时间：2021-06-28 17:15
有机光敏晶体管是一种在有机场效应管结构中引入光控"栅极"的新型光探测器件,其光灵敏度、光响应度性能参数与源/漏电极和有源层的接触情况关系密切。本文通过真空蒸发法分别制备了采用金电极和铝电极的单层并五苯及酞菁铜有机光敏晶体管。研究了它们在黑暗和光照条件下的输出及转移特性。结果表明,高迁移率的并五苯有源层更适合搭配接触特性较好的金电极,该器件具有和铝电极器件相同高水平的光灵敏度～3×104,但其光响应度是铝电极器件的13倍;而低迁移率的酞菁铜薄膜较适合搭配能够和有源层形成肖特基接触的铝电极,有利于抑制暗电流、增强激子解离效率、提高光电流,进一步使器件在获得和金电极器件同数量级光响应度的同时,其光灵敏度是金电极器件的102倍。本文对光照下电极/有源层肖特基接触的能带变化做了理论分析,总结归纳了有机光敏晶体管电极材料和有源层材料的初步筛选规律。
【文章来源】：发光学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
底栅顶接触OPT结构示意图
在透光率优于97%的石英衬底上沉积50 nm并五苯和酞菁铜薄膜的紫外-可见吸收光谱如图2所示,它们在可见光区域600～700 nm波长范围均有较强的吸收。这表明两种有机材料都是很好的红光光敏材料。实验中,我们选用638 nm的激光二极管作为光源,如图中所示,在这一波长,酞菁铜有更好的吸收,其光吸收系数为5.08×104 /cm,而并五苯在638 nm的光吸收系数为3.22×104 /cm。3.2 采用Au和Al电极的并五苯光敏晶体管
我们对采用铝电极和金电极的并五苯OPT分别研究了它们在黑暗和光照条件下的输出特性和转移特性。如图3(a)、(b)所示,黑暗条件下,采用金电极的并五苯OPT(以下简称Au-PENT-OPT)在相同栅、漏压下,漏极电流Ids较高,Vgs=Vds=-50 V时,可达15.38 μA;而同样条件下,采用铝电极的并五苯OPT(以下简称Al-PENT-OPT)仅获得59.65 nA。这源于OPT在无光照工作时,其电学特性与OFET一致,Ids的大小是由源极载流子的电注入效率和沟道层的载流子迁移率共同决定的[17-18]。 并五苯的HOMO能级与Al的费米能级有较大差距(～0.8 eV),一般认为这两种材料的接触是典型的肖特基接触[19],非常不利于源极空穴的注入,极大地限制了OPT漏极电流的大小。而并五苯的HOMO能级与金的费米能级差距较小(不考虑界面偶极层时仅为～0.2 eV),有利于源极空穴的注入[20]。在25 mW/cm2红光照射下,Au-PENT-OPT在Vgs=Vds=-50 V时的净光生电流Iph最高达22.03 μA,光响应度为580 mA/W。而Al-PENT-OPT在同样条件下的Iph仅为1.65 μA,光响应度为44 mA/W。两种器件在Vgs=Vds=-50 V时均已开启,这反映了Au-PENT-OPT在开态工作时具有更大的光响应度R。两种器件在光照和黑暗条件下的转移特性如图3(c)所示,Vgs=0 V时,器件均已开启。通常OPT的最大光灵敏度发生在无光照工作时的最小漏电流所对应的栅压处[21],器件此时处于关闭状态,如Au-PENT-OPT在Vgs=3.64 V获得的最大光灵敏度P=3.23×104。 Al-PENT-OPT在Vgs=9.70 V获得的最大光灵敏度P=3.12×104。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress in stretchable organic field-effect transistors[J]. LIU Kai,GUO YunLong,LIU YunQi. Science China（Technological Sciences）. 2019(08)
[2]衬底温度对TiOPc光敏有机场效应管的影响[J]. 郑亚开,韦一,孙磊,陈真,彭应全,唐莹. 发光学报. 2016(06)
[3]基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器[J]. 杨丹,张丽,杨盛谊,邹炳锁. 物理学报. 2015(10)
本文编号：3254728
【文章来源】：发光学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
底栅顶接触OPT结构示意图
在透光率优于97%的石英衬底上沉积50 nm并五苯和酞菁铜薄膜的紫外-可见吸收光谱如图2所示,它们在可见光区域600～700 nm波长范围均有较强的吸收。这表明两种有机材料都是很好的红光光敏材料。实验中,我们选用638 nm的激光二极管作为光源,如图中所示,在这一波长,酞菁铜有更好的吸收,其光吸收系数为5.08×104 /cm,而并五苯在638 nm的光吸收系数为3.22×104 /cm。3.2 采用Au和Al电极的并五苯光敏晶体管
我们对采用铝电极和金电极的并五苯OPT分别研究了它们在黑暗和光照条件下的输出特性和转移特性。如图3(a)、(b)所示,黑暗条件下,采用金电极的并五苯OPT(以下简称Au-PENT-OPT)在相同栅、漏压下,漏极电流Ids较高,Vgs=Vds=-50 V时,可达15.38 μA;而同样条件下,采用铝电极的并五苯OPT(以下简称Al-PENT-OPT)仅获得59.65 nA。这源于OPT在无光照工作时,其电学特性与OFET一致,Ids的大小是由源极载流子的电注入效率和沟道层的载流子迁移率共同决定的[17-18]。 并五苯的HOMO能级与Al的费米能级有较大差距(～0.8 eV),一般认为这两种材料的接触是典型的肖特基接触[19],非常不利于源极空穴的注入,极大地限制了OPT漏极电流的大小。而并五苯的HOMO能级与金的费米能级差距较小(不考虑界面偶极层时仅为～0.2 eV),有利于源极空穴的注入[20]。在25 mW/cm2红光照射下,Au-PENT-OPT在Vgs=Vds=-50 V时的净光生电流Iph最高达22.03 μA,光响应度为580 mA/W。而Al-PENT-OPT在同样条件下的Iph仅为1.65 μA,光响应度为44 mA/W。两种器件在Vgs=Vds=-50 V时均已开启,这反映了Au-PENT-OPT在开态工作时具有更大的光响应度R。两种器件在光照和黑暗条件下的转移特性如图3(c)所示,Vgs=0 V时,器件均已开启。通常OPT的最大光灵敏度发生在无光照工作时的最小漏电流所对应的栅压处[21],器件此时处于关闭状态,如Au-PENT-OPT在Vgs=3.64 V获得的最大光灵敏度P=3.23×104。 Al-PENT-OPT在Vgs=9.70 V获得的最大光灵敏度P=3.12×104。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress in stretchable organic field-effect transistors[J]. LIU Kai,GUO YunLong,LIU YunQi. Science China（Technological Sciences）. 2019(08)
[2]衬底温度对TiOPc光敏有机场效应管的影响[J]. 郑亚开,韦一,孙磊,陈真,彭应全,唐莹. 发光学报. 2016(06)
[3]基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器[J]. 杨丹,张丽,杨盛谊,邹炳锁. 物理学报. 2015(10)
本文编号：3254728
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