基于高遷移率溝道材料的高性能有機(jī)及有機(jī)-無機(jī)薄膜光敏場效應(yīng)管研究.pdf

1、有機(jī)半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)催生了有機(jī)電子學(xué)的興起以及有機(jī)電子器件的蓬勃發(fā)展，由于有機(jī)電子器件具有制備工藝簡單、成本低、柔性等特點(diǎn)，各種有機(jī)電子器件，如有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽能電池以及有機(jī)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(jī)半導(dǎo)體材料良好的光吸收特性，有機(jī)光敏場效應(yīng)管（photoresponsive organic field-effect transi

2、stor,PhOFET）應(yīng)運(yùn)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(jī)、無機(jī)半導(dǎo)體材料），結(jié)合有機(jī)半導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，大大提高了有機(jī)光敏場效應(yīng)管的性能。基于PVA為絕緣柵介質(zhì)的器件在波長為808nm，光強(qiáng)為1.69mW/cm2的

4、光源照射下，其光響應(yīng)度達(dá)到21A/W，外量子效率高達(dá)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(jìn)行了對(duì)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(qiáng)為5.92μW/cm2的光源照射下，光響應(yīng)度達(dá)到108A/W，外量子效率高達(dá)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(jī)-無機(jī)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(dǎo)體材料能級(jí)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(qiáng)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