小分子近红外光敏有机场效应管研究
本文关键词：小分子近红外光敏有机场效应管研究 出处：《兰州大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：近红外光探测器在光纤通信、生物医疗及成像等领域有着重要的应用,它能将近红外光信号转化为电信号。凭借有机半导体材料良好的光吸收、柔性、易加工等优点,有机近红外光探测器得到了迅速的发展。对有机近红外光探测器的研究主要集中在有机近红外光敏二极管(Near-Infrared Organic Photodiode,NIROPD),而近红外光敏有机场效应晶体管(Near-Infrared Photosensitive Organic Field-effect Transistor,NIR-PhOFET)很少有报道。相对于NIR-OPD,NIR-PhOFET具有更高的光响应度和更低的噪声。因此,NIR-PhOFET更适合作为有机近红外光探测器。本文先研究了酞菁铅单层NIR-PhOFET的光敏性能,通过衬底加热和界面诱导提高了单层器件的光敏性能,然后设计制备了基于平面异质结的NIRPhOFET,进一步提高了器件的光敏性能。首先,在室温下制备了基于酞菁铅单层的NIR-PhOFET,其光响应度仅为0.08 mA/W。为了提高单层器件的光敏性能,制备了不同衬底温度下OTS(十八烷基三氯硅烷)处理和未处理的酞菁铅单层NIR-PhOFET,研究了衬底温度对器件光敏性能的影响。研究表明衬底加热提高了酞菁铅单层器件的光敏性能。这是因为衬底加热提高了酞菁铅薄膜中三斜相的结晶度及含量,从而提高了薄膜的近红外光吸收效率和载流子迁移率,由此提高了器件的光敏性能。实验表明,未经OTS处理器件的最优衬底温度约为140°C,对应的器件的光响应度为4.9 mA/W;经OTS处理器件的最优衬底约为100°C,对应的光响应度为12.0 mA/W。其次,制备了具有酞菁铜或并五苯诱导层的酞菁铅单层NIR-PhOFET,研究了诱导层厚度与器件光敏性能之间的关系。研究表明通过界面诱导提高了酞菁铅单层器件的光敏性能,这是因为插入界面诱导层提高了酞菁铅薄膜中三斜相的结晶度及含量,从而提高了薄膜的近红外光吸收效率及载流子迁移率。研究还表明诱导层厚度接近单分子层厚度的器件表现出最佳的光敏性能。因为厚度接近单分子层的诱导层具有最少的晶格位错和最高的分子有序性,因此表现出最好的界面诱导效果。结果表明,酞菁铜诱导层的最优厚度约为2.5 nm,对应的器件的光响应度为2.3 A/W;而并五苯诱导层的最优厚度约为2 nm,对应的光响应度达到24A/W。最后,设计制备了不同的平面异质结NIR-PhOFET,并详细研究了器件的光敏性能。结果表明,相对于酞菁铅单层NIR-PhOFET,基于并五苯/PbPc、C_(60)/PbPc及并五苯/PbPc/C_(60)平面异质结的器件获得了更高的光响应度,其中基于并五苯/PbPc/C_(60)平面异质器件的光响应度达到30 A/W,超过了某些硅基近红外光电晶体管。这是因为平面异质结的使用显著地提高了器件的迁移率和(或)激子离解效率。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
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，本文编号：1320296
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