【摘要】：隨著電子科技的高速發(fā)展,光電子產(chǎn)品在人類社會中扮演的角色越來越重要,普遍應用于社會生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學研究的各個領(lǐng)域。其中,光探測器作為光電子器件成員之一,為光電子領(lǐng)域做出了巨大貢獻,尤其是寬光譜光探測器在各類光探測應用中起著舉足輕重的作用�；趥鹘y(tǒng)無機半導體的寬光譜光探測器已經(jīng)發(fā)展的相當成熟,成為現(xiàn)代光電子產(chǎn)業(yè)的重要支柱。然而,基于無機半導體的寬光譜光探測器也存在不足的地方,如價格昂貴、制備過程復雜、資源消耗大、機械柔性差等諸多方面,不能滿足光探測器在新型應用背景下日益增長的需求。于是,具備價格便宜、制備容易、種類繁多、柔性襯底兼容性好等優(yōu)勢的有機半導體和有機-無機雜化鈣鈦礦引起了廣泛的關(guān)注。因此,我們開發(fā)了新一代基于有機半導體和有機-無機雜化鈣鈦礦活性材料的寬光譜光探測器,主要從三個方向成功構(gòu)筑了高性能的寬光譜光探測器:首先,光敏場效應管具有柵壓調(diào)制功能,可放大光信號從而獲得高的光敏性能,但是基于全有機活性層的寬光譜光敏場效應管的報道甚少。我們采用高遷移率的富勒烯C_(60)作為光敏場效應管的溝道層,采用具有互補吸收光譜的三層異質(zhì)結(jié)構(gòu)C_(60)/PTCDA/SnPc作為光敏層,通過溝道優(yōu)化成功研制了基于全有機活性層的寬光譜光敏場效應管。利用溝道層和光敏層的高效協(xié)同作用,在300-1000 nm光譜范圍內(nèi)獲得了高達56.88 A/W光響應度和9.15×10~(12) Jones的比探測率,從而實現(xiàn)了高性能的紫外-可見-近紅外寬光譜光探測。而且,用體異質(zhì)結(jié)替換平面異質(zhì)結(jié)光敏層,進一步提升了光探測性能。接著,光敏二極管具有大的光線開口率、快的響應速度和低的驅(qū)動電壓等優(yōu)勢。相比于多層結(jié)構(gòu)器件,雙層結(jié)構(gòu)光敏二極管寄生電容小,有利于響應速度提升。而由于有機-無機雜化鈣鈦礦薄膜表面覆蓋度低、泄露電流太大而難以構(gòu)筑少層垂直結(jié)構(gòu)鈣鈦礦光敏二極。我們采用聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾有機-無機雜化鈣鈦礦(MAPbI_3)薄膜,通過優(yōu)化PVP的濃度獲得了最佳性能的鈣鈦礦薄膜,再結(jié)合近紅外敏感的有機半導體酞菁鉛(PbPc)形成異質(zhì)結(jié),成功構(gòu)筑了簡單雙層垂直結(jié)構(gòu)寬光譜光敏二極管。在紫外-可見-近紅外光譜范圍,光譜均勻因子高達0.77,光響應度超過10 A/W,響應時間小于0.46 ms。最后,光電導探測器是一種無極性兩端光探測器,隨著外加電壓的增大可實現(xiàn)光電導增益,然而卻伴隨著增大的噪聲。我們采用紫外-可見光吸收的有機-無機雜化鈣鈦礦MAPbI_3和近紅外吸收的有機半導體酞菁錫(SnPc)作為活性層材料,構(gòu)建了橫向結(jié)構(gòu)寬光譜光電導探測器。通過優(yōu)化SnPc層在器件中位置,確立了最佳配置的器件結(jié)構(gòu),獲得了低至~0.01 nA的超低皮安級暗電流和高達~10~5的超高光敏性。而且,通過MAPbI_3/SnPc異質(zhì)結(jié)構(gòu)增強了器件性能,并將光響應延伸到980 nm波長,從而成功開發(fā)了超高光敏性的紫外-可見-近紅外寬光譜光電導探測器。總之,我們結(jié)合時代發(fā)展的需求,聚焦新一代光電子產(chǎn)品的優(yōu)勢,探索通過有機半導體和有機-無機雜化鈣鈦礦作為活性層構(gòu)建寬光譜響應光探測器,成功實現(xiàn)了高性能的紫外-可見-近紅外超寬光譜光探測,為以后新型光探測器的發(fā)展鋪墊了道路。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN15
【圖文】：

光探測器各種各樣的應用

基于有機半導體和鈣鈦礦的高性能寬光譜光探測器研究2圖1-2 基于有機半導體和有機-無機雜化鈣鈦礦的寬光譜光探測器：（a）有機光敏二極管[8]；（b）和（c）有機光敏場效應管[9,10]；（d）和（e）鈣鈦礦光探測器[11,12]，以及（f）光探測器在不同光譜波段的典型應用[13]廣泛應用于數(shù)字影像領(lǐng)域常見的感光元件電荷耦合器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體芯片（CMOS）等光電器件中。當今，各種新型光探測器如雨后春筍，應社會和時代的需要而產(chǎn)生，如研究熱度很高的有機光探測器，有機-無機雜化光探測器，量子點光探測器以及其他低維材料光探測器等等。在這些光探測器中，寬光譜響應光探測器由于其優(yōu)異的性能和廣泛的應用而已經(jīng)成為光探測領(lǐng)域的研究熱點。寬光譜光探測器有很寬的光譜探測范圍，一般對紫外光、可見光到近紅外光都有較好的光響應，可以滿足不同光波段探測的需求，這就使一個單一的光探測器實現(xiàn)不同光探測功能成為現(xiàn)實

外光的探測，例如美國 Teledyne Judson Technologies 公司的 J16 型鍺光電二極管的響應光譜范圍為 600 nm~1800 nm，如圖 1-3（e）所示，圖 1-3（a）為鍺光電圖1-3 傳統(tǒng)商用無機寬光譜光探測器實物以及光敏性能圖：（a）和（e）J16系列鍺光敏二極管；（b）和（f）S1227-BQ系列硅光電二極管；（c）和（g）G12180-030A型銦鎵砷PIN光電二極管；（d）和（h）J13系列PbS光電導探測器（來源于Teledyne Judson Technologies和Hamamatsu）

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;大連理工大學在寬帶光探測器研究上取得新進展[J];紅外;2017年07期

2 楊維;高云國;王林波;;基于近似模型的可見光探測器結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計[J];激光與紅外;2015年03期

3 Norm Schiller;汽車設(shè)計用光探測器的選擇[J];電子產(chǎn)品世界;2005年12期

4 ;光探測器與光學系統(tǒng)[J];電子科技文摘;2000年02期

5 楊妹清;超高速光探測器的現(xiàn)狀[J];光機電信息;1997年08期

6 高凱平;;高速Ga0.47In0.53AsMISIM光探測器[J];發(fā)光快報;1990年04期

7 YouichiEnomoto;蘇吉儒;;用鋇鉛鉍氧化物超導薄膜制成的光探測器[J];紅外技術(shù);1988年06期

8 楊維;高云國;于萍;;交變力作用下的可見光探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];計算機仿真;2015年03期

9 ;雪崩光探測器的研究新進展[J];光機電信息;2011年07期

10 張輝,劉建偉,楊良,徐可勇;紫外及可見光探測器光譜響應測試系統(tǒng)的研制[J];激光與紅外;2003年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王文斌;張福俊;;高靈敏度窄帶與寬帶響應光探測器[A];第四屆新型太陽能電池學術(shù)研討會論文集[C];2017年

2 王偉;黃永清;段曉峰;蔡世偉;郭經(jīng)緯;黃輝;任曉敏;;基于雙吸收結(jié)構(gòu)的諧振腔增強型光探測器[A];中國光學學會2010年光學大會論文集[C];2010年

3 張燕;P.Wellenius;J.F.Muth;L.Lunardi;;離子束核轉(zhuǎn)變摻雜氧化鋅光探測器[A];中國光學學會2010年光學大會論文集[C];2010年

4 倪朕伊;馬玲玲;杜思超;徐楊;袁夢;方何海;王振;李東升;楊建義;胡偉達;皮孝東;楊德仁;;基于硼摻雜硅量子點和石墨烯的寬光譜光探測器[A];第十二屆全國硅基光電子材料及器件研討會會議論文集[C];2017年

5 李毅;張鶴;趙向杰;崔成聰;夏金松;;基于金/鍺納米線肖特基結(jié)的光探測器[A];第十二屆全國硅基光電子材料及器件研討會會議論文集[C];2017年

6 王歡;王興光;李明明;張彪;趙陽;;在聚合物光探測器中利用表面等離子體共振效應實現(xiàn)波長選擇性增強光響應[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題H：光電功能高分子[C];2017年

7 李一明;李玉勝;石將建;張慧銀;吳炯樺;李冬梅;羅艷紅;吳會覺;孟慶波;;水解絕緣氧化物基底制備高質(zhì)量鈣鈦礦晶體用于高效薄膜光探測器[A];第五屆新型太陽能電池學術(shù)研討會摘要集（鈣鈦礦太陽能電池篇）[C];2018年

8 王文斌;張�？�;;基于P3HT:非富勒烯為有源層的光電倍增型有機光探測器[A];第三屆新型太陽能電池學術(shù)研討會論文集[C];2016年

9 李豫東;郭旗;羅木昌;張孝富;文林;汪波;Ma li-ya;Shen Zhi-hui;Wang Hai-Jiao;;1.8MeV電子輻照AlGaN基p-i-n日盲型光探測器的輻射效應研究[A];第十七屆全國核電子學與核探測技術(shù)學術(shù)年會論文集[C];2014年

10 呂正;呂亮;劉慧;;LED光譜特性參數(shù)的測量和難點[A];海峽兩岸第九屆照明科技與營銷研討會專題報告文集[C];2002年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 周慧 記者 吳長鋒;新型紅外光探測器實現(xiàn)性能升級[N];科技日報;2016年

2 本報駐華盛頓記者　 徐啟生　吳建友;美國機場X光安檢受質(zhì)疑[N];光明日報;2007年

3 本報記者 李建偉;小企業(yè)出“大”專利[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2011年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 劉濤;光通信系統(tǒng)中寬帶高功率單行載流子光探測器的研究[D];北京郵電大學;2019年

2 馬曉凱;光通信波段光探測器的暗電流抑制與寬譜高速及大功率響應特性的研究[D];北京郵電大學;2019年

3 黃佛保;基于有機半導體和鈣鈦礦的高性能寬光譜光探測器研究[D];蘭州大學;2019年

4 羅思源;Bi_2Se_3光電流效應研究及光探測器制備[D];電子科技大學;2018年

5 陳慶濤;光通信系統(tǒng)中新型單行載流子光探測器的研究[D];北京郵電大學;2018年

6 苗昂;InP基PIN光探測器＋HBT單片集成光接收機前端的研究[D];北京郵電大學;2008年

7 陳海波;基于環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的波長選擇光探測器及激光器的研究[D];北京郵電大學;2008年

8 姚辰;高速光探測器的關(guān)鍵技術(shù)[D];北京郵電大學;2013年

9 胡服全;基于微納結(jié)構(gòu)高性能光探測器的研究[D];北京郵電大學;2013年

10 韓滔;銀納米粒子電學效應及其在有機光探測器件中的應用研究[D];華南理工大學;2017年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 宋盛容;亞酞菁化合物的合成及性能研究[D];天津理工大學;2019年

2 武豆豆;低偏壓下高速高飽和單行載流子光探測器的研究[D];北京郵電大學;2019年

3 陳靜;光通信中高性能光探測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及特性研究[D];北京郵電大學;2019年

4 谷紅明;新型諧振腔及其在光探測器上應用的研究[D];北京郵電大學;2019年

5 曾昆;基于亞波長光柵的長波長RCE光探測器[D];北京郵電大學;2019年

6 徐曉慧;光探測器非線性的物理成因與相關(guān)RoF調(diào)制技術(shù)[D];北京郵電大學;2019年

7 張帥;蘑菇型RCE光探測器中諧振腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化[D];北京郵電大學;2019年

8 楊彥偉;光通信中高速PIN光探測器的電容特性研究[D];北京郵電大學;2019年

9 劉丹;基于TiO_2納米異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光探測器的制備與光電性能研究[D];蘇州大學;2018年

10 劉洵;一類基于Tamm Plasmon的熱電子探測器光電特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

本文編號：2767694