基于有机场效应晶体管的光电探测器研究
发布时间：2021-07-22 15:11
半导体材料和器件的问世、研究与运用从很大程度上推动了社会生产力的进步,也给人们的生产生活带来了巨大变化。随着科学技术的不断发展,以半导体硅、锗等材料制造的无机半导体器件,从生产、成本及产品等方面的劣势逐渐显现出来。在此情形下,对有机半导体材料的研究应运而生。有机半导体材料的出现对器件实现在工艺上小型化、批量化、柔性化、低成本的意义重大。其被发现具有光敏特性后,在世界范围内引起了极大的关注。有机半导体材料通过二十几年的研究发展,当前被广泛的运用到光电探测器中。光电探测器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件,可用于光探测工作、光控开关及图像传感器等。有机场效应晶体管结构的光电探测器,具有很好的光响应特性和电学特性,是一种新颖、潜力巨大的光电探测器件。本文就光电探测器的发展与国内外研究现状,原理及性能参数进行了大致的阐述;针对有机场效应晶体管的结构、工作原理、材料工艺等方面进行了较为详细的介绍;在研究实验过程中,重点进行了下面几方面的工作:（1）研究设计了并五苯场效应晶体管的工艺。制备顶栅底接触结构的有机场效应晶体管器件。实验使用纯度大于99%的并五苯（Pentacene）作为半导体有源层...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电探测
基于有机场效应晶体管的光电探测器研究-2-1.2无机光电器件与有机光电器件光电器件按照材料来分类，可分成无机光器件和有机光器件[3]。上世纪40年代后，半导体技术开始发展，各种无机光电材料不断出现。现在我们常见的光敏电阻，光敏三极管，光敏二极管多是由无机材料制备而成[4]。如图1.2所示。上个世纪二十年代，德国物理学家EdgarLilienfeld首次提出了场效应晶体管的概念，但仅仅是建立在理论上。1934年，科学家OskarHeil也提出了场效应管的理论内容。此后科学家们不断努力希望在实验上有所突破；1947年，约翰.巴丁，沃尔特.布拉顿和威廉.肖克利使用单晶锗成功制备了世界上第一个场效应晶体管，实现了通过控制电场强度来改变半导体表面电流大小的半导体器件。三位科学家也因此获得诺贝尔奖。1952年具有实用意义的结型场效应管(Junction-FET，JFET)被成功制造出来。经过科学家们的不懈努力，制备了以硅和GaAs为代表的无机场效应晶体管，它们发展迅速，很快便占据了整个半导体光电子器件应用领域的大半壁江山[5]。(a)(b)(c)图1.2传统无机器件(a)光三极管；(b)光二极管；(c)光敏电阻无机半导体器件经历了半个多世纪的发展，技术现在已经逐渐成熟，尽管无机探测器件具有：高灵敏度、迁移率高、光响应速度好和响应频率高等诸多优点；但是由于无机材料不能做到全波段吸收，对光敏材料的选择也比较苛刻。而且器件制备过程多通过
基于有机场效应晶体管的光电探测器研究-4-表1.1无机/有机半导体本质无机半导体有机半导体来源受限广泛成本工艺复杂成本高大大简化降低成本分子结合离子键，共价键范德华力相互结合结构严格的晶格结构分子结构多样化范围主要可见光范围全波段响应工艺无法大面积制造且不能实现柔性器件柔性好，可以通过印刷等方式大面积制造图1.3可穿戴设备与柔性电子产品1.3光电探测器的发展概述及工作原理1.3.1光电探测器的发展概述在1827年时，诺比利制成了第一个用来探测红外线辐射的红外探测仪[18]；1839年，亚历山大·贝克勒尔和其父亲发现了光伏效应[19]；1873年，英国的史密斯发现硒存在光电导效应，但是仅仅处于探索研究阶段，未实际应用[20]。到50年代中期，性能良好的硫化镉、硒化镉及硫化铅光电探测器都已投入使用。1959年，英国劳森等人制造了使用碲镉汞晶体(HgCdTe)的红外光探测器(Mercurytelluridedetector)[21]。60年代初，Ge、Si掺杂光电探测器研制成功。1981年，Kudo等制造出了第一个有机光电探测器，可以对特定波长的光响应[22]；在1989年，R.Forres等人将有机-无机材料结合制备了光电探测器，在Si衬底上生长一层有机材料苝四甲酸二酐薄膜[23]；1999年，Y.Yang等人报道了基于聚(噻吩并[3，4-b]吩):亚甲基富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61丁酸甲酯)有机层的探测器件，器件的光响应度达到0.26A/W[24]；2000年S.R.Forres等人又利用PTCBI，制备出交叉式的多层结构的有机光电探测器[25]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]介电层修饰并五苯/红荧烯双有源有机薄膜晶体管的制备与性能研究[J]. 张自童,陈达贵,陈雄. 人工晶体学报. 2020(02)
[2]基于有机半导体材料的有机场效应晶体管化学传感器[J]. 伊康哲. 中国新技术新产品. 2017(08)
[3]基于酞菁钯和C60的异质结有机光敏场效应管[J]. 陈德强,姚博,吕文理,高鹏杰,彭应全. 发光学报. 2013(05)
[4]高性能P-型有机薄膜晶体管材料（OTFT）进展[J]. 陈珺. 化学工程与装备. 2013(02)
[5]有机半导体器件的现状及发展趋势[J]. 陈海明,靳宝善. 微纳电子技术. 2010(08)
[6]有机光敏场效应晶体管研究进展[J]. 杨盛谊,陈小川,尹东东,施园,娄志东. 半导体光电. 2008(06)
[7]高迁移率有机薄膜晶体管材料进展[J]. 耿延候,田洪坤. 分子科学学报. 2005(06)
博士论文
[1]基于场效应晶体管结构的多功能有机光电器件研究[D]. 李东伟.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]小分子近红外光敏有机场效应管研究[D]. 李尧.兰州大学 2016
[3]有机/纳米复合物场效应光电探测器研究[D]. 张丽.北京理工大学 2015
[4]基于场效应晶体管结构的纳米复合薄膜光电探测器研究[D]. 杨丹.北京理工大学 2015
[5]高性能小分子有机光敏场效应管研究[D]. 姚博.兰州大学 2014
[6]有机半导体光电器件研究[D]. 蔡婉珠.华南理工大学 2012
[7]并五苯性质的研究及其场效应晶体管的研制[D]. 陶春兰.兰州大学 2009
硕士论文
[1]有机单晶光电探测器的构筑及其高性能集成器件的研究[D]. 黄立明.苏州大学 2018
[2]基于并五苯的有机薄膜晶体管电极注入效应研究[D]. 姜芳.燕山大学 2018
[3]噻吩—异靛蓝聚合物/无机纳米基光电探测器及器件研究[D]. 霍泽娟.兰州交通大学 2017
[4]烷烃修饰的单晶表面的并五苯的生长研究[D]. 杨红艳.苏州大学 2017
[5]基于并五苯的有机光敏场效应晶体管的性能研究[D]. 陈玉成.电子科技大学 2014
[6]基于酞菁铅有机光敏场效应管的研究[D]. 高鹏杰.兰州大学 2013
[7]有机薄膜晶体管传感器的制备及特性研究[D]. 张霖.电子科技大学 2013
[8]基于并五苯的光敏场效应晶体管的研究[D]. 施园.北京交通大学 2009
[9]垂直构型有机光敏场效应晶体管的研究[D]. 陈小川.北京交通大学 2009
[10]并五苯有机场效应晶体管的研究[D]. 董茂军.兰州大学 2008
本文编号：3297384
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电探测
基于有机场效应晶体管的光电探测器研究-2-1.2无机光电器件与有机光电器件光电器件按照材料来分类，可分成无机光器件和有机光器件[3]。上世纪40年代后，半导体技术开始发展，各种无机光电材料不断出现。现在我们常见的光敏电阻，光敏三极管，光敏二极管多是由无机材料制备而成[4]。如图1.2所示。上个世纪二十年代，德国物理学家EdgarLilienfeld首次提出了场效应晶体管的概念，但仅仅是建立在理论上。1934年，科学家OskarHeil也提出了场效应管的理论内容。此后科学家们不断努力希望在实验上有所突破；1947年，约翰.巴丁，沃尔特.布拉顿和威廉.肖克利使用单晶锗成功制备了世界上第一个场效应晶体管，实现了通过控制电场强度来改变半导体表面电流大小的半导体器件。三位科学家也因此获得诺贝尔奖。1952年具有实用意义的结型场效应管(Junction-FET，JFET)被成功制造出来。经过科学家们的不懈努力，制备了以硅和GaAs为代表的无机场效应晶体管，它们发展迅速，很快便占据了整个半导体光电子器件应用领域的大半壁江山[5]。(a)(b)(c)图1.2传统无机器件(a)光三极管；(b)光二极管；(c)光敏电阻无机半导体器件经历了半个多世纪的发展，技术现在已经逐渐成熟，尽管无机探测器件具有：高灵敏度、迁移率高、光响应速度好和响应频率高等诸多优点；但是由于无机材料不能做到全波段吸收，对光敏材料的选择也比较苛刻。而且器件制备过程多通过
基于有机场效应晶体管的光电探测器研究-4-表1.1无机/有机半导体本质无机半导体有机半导体来源受限广泛成本工艺复杂成本高大大简化降低成本分子结合离子键，共价键范德华力相互结合结构严格的晶格结构分子结构多样化范围主要可见光范围全波段响应工艺无法大面积制造且不能实现柔性器件柔性好，可以通过印刷等方式大面积制造图1.3可穿戴设备与柔性电子产品1.3光电探测器的发展概述及工作原理1.3.1光电探测器的发展概述在1827年时，诺比利制成了第一个用来探测红外线辐射的红外探测仪[18]；1839年，亚历山大·贝克勒尔和其父亲发现了光伏效应[19]；1873年，英国的史密斯发现硒存在光电导效应，但是仅仅处于探索研究阶段，未实际应用[20]。到50年代中期，性能良好的硫化镉、硒化镉及硫化铅光电探测器都已投入使用。1959年，英国劳森等人制造了使用碲镉汞晶体(HgCdTe)的红外光探测器(Mercurytelluridedetector)[21]。60年代初，Ge、Si掺杂光电探测器研制成功。1981年，Kudo等制造出了第一个有机光电探测器，可以对特定波长的光响应[22]；在1989年，R.Forres等人将有机-无机材料结合制备了光电探测器，在Si衬底上生长一层有机材料苝四甲酸二酐薄膜[23]；1999年，Y.Yang等人报道了基于聚(噻吩并[3，4-b]吩):亚甲基富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61丁酸甲酯)有机层的探测器件，器件的光响应度达到0.26A/W[24]；2000年S.R.Forres等人又利用PTCBI，制备出交叉式的多层结构的有机光电探测器[25]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]介电层修饰并五苯/红荧烯双有源有机薄膜晶体管的制备与性能研究[J]. 张自童,陈达贵,陈雄. 人工晶体学报. 2020(02)
[2]基于有机半导体材料的有机场效应晶体管化学传感器[J]. 伊康哲. 中国新技术新产品. 2017(08)
[3]基于酞菁钯和C60的异质结有机光敏场效应管[J]. 陈德强,姚博,吕文理,高鹏杰,彭应全. 发光学报. 2013(05)
[4]高性能P-型有机薄膜晶体管材料（OTFT）进展[J]. 陈珺. 化学工程与装备. 2013(02)
[5]有机半导体器件的现状及发展趋势[J]. 陈海明,靳宝善. 微纳电子技术. 2010(08)
[6]有机光敏场效应晶体管研究进展[J]. 杨盛谊,陈小川,尹东东,施园,娄志东. 半导体光电. 2008(06)
[7]高迁移率有机薄膜晶体管材料进展[J]. 耿延候,田洪坤. 分子科学学报. 2005(06)
博士论文
[1]基于场效应晶体管结构的多功能有机光电器件研究[D]. 李东伟.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]小分子近红外光敏有机场效应管研究[D]. 李尧.兰州大学 2016
[3]有机/纳米复合物场效应光电探测器研究[D]. 张丽.北京理工大学 2015
[4]基于场效应晶体管结构的纳米复合薄膜光电探测器研究[D]. 杨丹.北京理工大学 2015
[5]高性能小分子有机光敏场效应管研究[D]. 姚博.兰州大学 2014
[6]有机半导体光电器件研究[D]. 蔡婉珠.华南理工大学 2012
[7]并五苯性质的研究及其场效应晶体管的研制[D]. 陶春兰.兰州大学 2009
硕士论文
[1]有机单晶光电探测器的构筑及其高性能集成器件的研究[D]. 黄立明.苏州大学 2018
[2]基于并五苯的有机薄膜晶体管电极注入效应研究[D]. 姜芳.燕山大学 2018
[3]噻吩—异靛蓝聚合物/无机纳米基光电探测器及器件研究[D]. 霍泽娟.兰州交通大学 2017
[4]烷烃修饰的单晶表面的并五苯的生长研究[D]. 杨红艳.苏州大学 2017
[5]基于并五苯的有机光敏场效应晶体管的性能研究[D]. 陈玉成.电子科技大学 2014
[6]基于酞菁铅有机光敏场效应管的研究[D]. 高鹏杰.兰州大学 2013
[7]有机薄膜晶体管传感器的制备及特性研究[D]. 张霖.电子科技大学 2013
[8]基于并五苯的光敏场效应晶体管的研究[D]. 施园.北京交通大学 2009
[9]垂直构型有机光敏场效应晶体管的研究[D]. 陈小川.北京交通大学 2009
[10]并五苯有机场效应晶体管的研究[D]. 董茂军.兰州大学 2008
本文编号：3297384
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