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管研究.pdf

1、有機半導體材料的出現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晶體管（organic field-effect transistor，OFET），得到了人們廣泛而持久的關注。由于有機半導體材料良好的光吸收特性，有機光敏場效應管（photoresponsive organic field-effect transi

2、stor,PhOFET）應運而生，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域有著重要應用。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生的光生載流子的傳輸效率，從而大大提高光敏場效應管的性能，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管的性能。基于PVA為絕緣柵介質的器件在波長為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，制備了平面異質結結構器件、體異質結結構器件和混合平面體異質結結構器件并進行了對比研究。結果表明，混合平面體異質結結構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構的有機-無機薄膜光敏場效應管（photoresponsive organic-inorganic thin film field-effect transistor,PhOIFET）。由于底柵掩埋結構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匹配的最好，最終底柵掩埋電極結構的器件性能最優(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構器件的穩(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