基于高遷移率溝道材料的高性能有機及有機-無機薄膜光敏場效應(yīng)管研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、有機半導體材料的出現(xiàn)催生了有機電子學的興起以及有機電子器件的蓬勃發(fā)展,由于有機電子器件具有制備工藝簡單、成本低、柔性等特點,各種有機電子器件,如有機發(fā)光二極管、有機太陽能電池以及有機場效應(yīng)晶體管(organic field-effect transistor,OFET),得到了人們廣泛而持久的關(guān)注。由于有機半導體材料良好的光吸收特性,有機光敏場效應(yīng)管(photoresponsive organic field-effect transi

2、stor,PhOFET)應(yīng)運而生,其作為OFET重要一支,引起了研究者極大的興趣,可以在光探測器、光纖通訊以及成像等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。本文采用高遷移率的溝道傳輸層材料(包括有機、無機半導體材料),結(jié)合有機半導體材料的自身的優(yōu)勢,通過提高光生激子解離后產(chǎn)生的光生載流子的傳輸效率,從而大大提高光敏場效應(yīng)管的性能,本文所采用的溝道傳輸層材料是富勒烯(C60)、類石墨烯材料二硫化鉬(molybdenum disulfide,MoS2)和氧化鋅(

3、zinc oxide,ZnO),具體如下:
  1、采用C60作為傳輸溝道層、酞菁鉛(lead phthalocyanine,PbPc)作為光敏層,分別基于聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)和二氧化硅(SiO2)制備了PhOFET,在PVA上生長的C60薄膜遷移率較高,有利于光生激子和載流子的傳輸運動,大大提高了有機光敏場效應(yīng)管的性能?;赑VA為絕緣柵介質(zhì)的器件在波長為808nm,光強為1.69mW/cm2的

4、光源照射下,其光響應(yīng)度達到21A/W,外量子效率高達3230%。
  2、采用C60作為傳輸溝道材料、酞菁釹(neodymium phthalocyanine,NdPc2)為光敏層材料,制備了平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)器件、體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)器件和混合平面體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)器件并進行了對比研究。結(jié)果表明,混合平面體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)PhOFET的性能最優(yōu),其在波長為650nm光強為5.92μW/cm2的光源照射下,光響應(yīng)度達到108A/W,外量子效率高達2061

5、2%,并且器件的最大光暗電流比為3.75×104。
  3、基于溶液法制備的C軸擇優(yōu)取向的氧化鋅(zinc oxide,ZnO)薄膜和PbPc薄膜,分別制備了常規(guī)底柵頂接觸和底柵掩埋電極結(jié)構(gòu)的有機-無機薄膜光敏場效應(yīng)管(photoresponsive organic-inorganic thin film field-effect transistor,PhOIFET)。由于底柵掩埋結(jié)構(gòu)器件可以有效地利用光敏層的吸光面積,并且器件

6、的半導體材料能級與電極的金屬功函數(shù)匹配的最好,最終底柵掩埋電極結(jié)構(gòu)的器件性能最優(yōu),在波長為808nm,光強為213.93μW/cm2的光源照射下,其光響應(yīng)度為3.48A/W,外量子效率為533.81%。雖然與上述所制備的器件相比,其性能并不是最優(yōu),但基于工藝簡單的溶液法制備的ZnO薄膜的底柵掩埋電極結(jié)構(gòu)器件的穩(wěn)定性最好。
  4、制備了基于新型二維類石墨烯材料MoS2薄膜為溝道傳輸層,PbPc薄膜為光敏層的高性能PhOIFET,研

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