發(fā)布時間：2017-12-22 17:11

  本文關(guān)鍵詞：小分子近紅外光敏有機場效應(yīng)管研究　出處：《蘭州大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近紅外光探測器在光纖通信、生物醫(yī)療及成像等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用,它能將近紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號。憑借有機半導體材料良好的光吸收、柔性、易加工等優(yōu)點,有機近紅外光探測器得到了迅速的發(fā)展。對有機近紅外光探測器的研究主要集中在有機近紅外光敏二極管(Near-Infrared Organic Photodiode,NIROPD),而近紅外光敏有機場效應(yīng)晶體管(Near-Infrared Photosensitive Organic Field-effect Transistor,NIR-PhOFET)很少有報道。相對于NIR-OPD,NIR-PhOFET具有更高的光響應(yīng)度和更低的噪聲。因此,NIR-PhOFET更適合作為有機近紅外光探測器。本文先研究了酞菁鉛單層NIR-PhOFET的光敏性能,通過襯底加熱和界面誘導提高了單層器件的光敏性能,然后設(shè)計制備了基于平面異質(zhì)結(jié)的NIRPhOFET,進一步提高了器件的光敏性能。首先,在室溫下制備了基于酞菁鉛單層的NIR-PhOFET,其光響應(yīng)度僅為0.08 mA/W。為了提高單層器件的光敏性能,制備了不同襯底溫度下OTS(十八烷基三氯硅烷)處理和未處理的酞菁鉛單層NIR-PhOFET,研究了襯底溫度對器件光敏性能的影響。研究表明襯底加熱提高了酞菁鉛單層器件的光敏性能。這是因為襯底加熱提高了酞菁鉛薄膜中三斜相的結(jié)晶度及含量,從而提高了薄膜的近紅外光吸收效率和載流子遷移率,由此提高了器件的光敏性能。實驗表明,未經(jīng)OTS處理器件的最優(yōu)襯底溫度約為140°C,對應(yīng)的器件的光響應(yīng)度為4.9 mA/W;經(jīng)OTS處理器件的最優(yōu)襯底約為100°C,對應(yīng)的光響應(yīng)度為12.0 mA/W。其次,制備了具有酞菁銅或并五苯誘導層的酞菁鉛單層NIR-PhOFET,研究了誘導層厚度與器件光敏性能之間的關(guān)系。研究表明通過界面誘導提高了酞菁鉛單層器件的光敏性能,這是因為插入界面誘導層提高了酞菁鉛薄膜中三斜相的結(jié)晶度及含量,從而提高了薄膜的近紅外光吸收效率及載流子遷移率。研究還表明誘導層厚度接近單分子層厚度的器件表現(xiàn)出最佳的光敏性能。因為厚度接近單分子層的誘導層具有最少的晶格位錯和最高的分子有序性,因此表現(xiàn)出最好的界面誘導效果。結(jié)果表明,酞菁銅誘導層的最優(yōu)厚度約為2.5 nm,對應(yīng)的器件的光響應(yīng)度為2.3 A/W;而并五苯誘導層的最優(yōu)厚度約為2 nm,對應(yīng)的光響應(yīng)度達到24A/W。最后,設(shè)計制備了不同的平面異質(zhì)結(jié)NIR-PhOFET,并詳細研究了器件的光敏性能。結(jié)果表明,相對于酞菁鉛單層NIR-PhOFET,基于并五苯/PbPc、C_(60)/PbPc及并五苯/PbPc/C_(60)平面異質(zhì)結(jié)的器件獲得了更高的光響應(yīng)度,其中基于并五苯/PbPc/C_(60)平面異質(zhì)器件的光響應(yīng)度達到30 A/W,超過了某些硅基近紅外光電晶體管。這是因為平面異質(zhì)結(jié)的使用顯著地提高了器件的遷移率和(或)激子離解效率。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386

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