金納米晶修飾增強(qiáng)的有機(jī)電子器件光電特性研究.pdf

1、近年來，基于金屬納米晶修飾的有機(jī)光電子器件引起了十分廣泛的研究興趣，這是由于有機(jī)電子器件兼具輕薄、低價(jià)、柔性和透明等優(yōu)點(diǎn)；同時金屬納米晶的光激發(fā)作用可產(chǎn)生表面等離激元，從而將光子能量陷阱/束縛在其表面，顯著增強(qiáng)了光和物質(zhì)（即有機(jī)半導(dǎo)體）的相互作用，使得在微納尺寸上對光子操控成為可能。這類光電器件在次波光學(xué)電路，光子捕獲轉(zhuǎn)換、陷阱、發(fā)射，光學(xué)傳感和光譜學(xué)等領(lǐng)域已顯現(xiàn)廣大的應(yīng)用前景。目前，大量的文獻(xiàn)報(bào)道證實(shí)了金屬等離激元共振提升的有機(jī)發(fā)光二

2、極管（OLED）和太陽能電池（OSC）。值得注意的是，有機(jī)半導(dǎo)體及其光探測領(lǐng)域依舊存在巨大的挑戰(zhàn)，如場效應(yīng)器件遷移率較低，光探測器件在近紅外方向的長波探測、超靈敏寬帶光探測以及弱光探測報(bào)道較少等。研究發(fā)現(xiàn)，金屬納米晶對有機(jī)半導(dǎo)體的摻雜效應(yīng)可用于提高場效應(yīng)器件遷移率；而等離激元效應(yīng)在納米尺度范圍內(nèi)操控光子的可能性，使其可用于研制具有極高光學(xué)探測性和多功能性的新型有機(jī)納米器件。本文立足于大量的文獻(xiàn)調(diào)研和理論基礎(chǔ)，專注于解決上述問題，主要創(chuàng)新

3、工作歸納為以下三部分：
　　在第一部分設(shè)計(jì)中，利用簡易快速的真空熱淀積法優(yōu)化制備了尺寸可控的金納米晶（AuNCs），并將其引入到有機(jī)PN異質(zhì)結(jié)（NPB/C60）界面，基于AuNCs內(nèi)部光電發(fā)射機(jī)制，首次論證了近紅外方向的有機(jī)亞帶隙光探測二極管。器件光響應(yīng)度高達(dá)205mA/W，且量子轉(zhuǎn)化效率達(dá)39％。以上參數(shù)值遠(yuǎn)高于目前報(bào)道的基于等離激元金屬內(nèi)部光發(fā)射的亞帶隙光探測器件。研究表明，出色的器件性能主要?dú)w因于AuNCs局域表面等離激元共

4、振（LSPR）誘導(dǎo)的近場增強(qiáng)、直接熱載流子注入和轉(zhuǎn)移躍遷。進(jìn)一步的表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）測試、LSPR近場仿真以及器件操作能級機(jī)制，很好地解釋了性能增強(qiáng)的物理過程。
　　在第二部分設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新性地將光吸收優(yōu)化的AuNCs用于點(diǎn)綴修飾光電性能優(yōu)異的多孔有機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦（MAPbI3-xClx），從而在紫外-可見-近紅外寬光譜范圍內(nèi)設(shè)計(jì)制備了金屬-半導(dǎo)體-金屬（MSM）結(jié)構(gòu)的平面光電導(dǎo)器件。結(jié)果表明，AuNCs修飾的多孔鈣鈦礦

5、光電導(dǎo)具有超低的噪聲水平（~20.0pWHz-1/2），可實(shí)現(xiàn)顯著提升的紫外-可見光響應(yīng)，同時將器件探測光譜延伸到亞帶隙的近紅外區(qū)。與目前的技術(shù)現(xiàn)狀相比，該光電導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了極低的弱光探測（~5.7pW），超快的時間響應(yīng)（~600ns）和超高的光敏性（光暗電流比~105）。此外，該器件也展示了良好的時間穩(wěn)定性、均一性和柔韌性。最后通過光電導(dǎo)能級模型、理論仿真和光致發(fā)光譜分析，揭示了器件潛在的光物理機(jī)制。
　　在第三部分設(shè)計(jì)中，將真空熱淀

6、積的AuNCs摻雜有機(jī)半導(dǎo)體（酞菁銅，CuPc）活性層，用于制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管（OFET），系統(tǒng)地研究AuNCs修飾位置有關(guān)的器件電、光特性。研究結(jié)果表明，AuNCs表面修飾的OFET可獲得顯著提升的器件特性；進(jìn)一步優(yōu)化CuPc薄膜厚度，最終可實(shí)現(xiàn)~0.013cm2V-1s-1的場效應(yīng)遷移率，該數(shù)值高于目前報(bào)道的大多CuPc-OFETs?；谄骷芗壞Ｐ秃桶攵康睦碚撚?jì)算，OFET的電學(xué)性能提升可歸因于AuNCs表面修飾產(chǎn)生輔助溝道效