[发明专利]光伏型有机红外半导体探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其是一种光伏型的有机红外半导体探测器。

背景技术

 红外光是人眼不能直接观察到，波长大于760nm，介于可见光与微波之间的电磁波。要将这种红外光转化为可以检测的物理量，通常的做法是将它转化成定量的电信号。红外探测器就是一种将不可见的入射红外辐射信号转变成可检测的电信号输出的器件。

红外探测器按其工作原理分为光导探测器和光伏探测器两个种类，其中，光伏探测器是利用光生伏特效应而制作的器件。相对于光导探测器而言，光伏探测器具有响应速度快、功耗低、易于形成阵列、无需偏置等优点。

而对于红外半导体材料，常规的无机红外半导体存在毒性大、制备成本高、需要制冷、不可弯曲等问题。现有的无机光伏探测器pn结的形成主要靠掺杂来实现，因此不易控制。上述这些问题限制了红外探测器在特定领域的应用。相对于无机红外半导体，有机红外半导体材料具有无毒、对衬底无选择性、可实施溶液加工、易加工成大面积柔性器件，可通过分子剪裁调控光电性能的优势。但由于一般的有机聚合物材料在大于1.00微米波长范围的红外区域没有光活性，因此有机红外半导体材料应用于探测器并不普遍，对材料的研究是近年才开展起来的。

发明内容

本发明所要解决的就是无机红外光伏探测器成本高、有毒、需制冷、不能实现柔性基底探测要求的问题，提供一种光伏型的有机红外半导体的探测器，具有成本低、易于实现大面积、大阵列，光敏材料电阻率可控，无需制冷，可实现柔性加工等特点，在军事、民用以及一些特定领域具有重要的应用价值。

本发明的一种光伏型有机红外半导体探测器，在衬底上设置各功能层构成，各功能层从衬底向上分别设置低功函低功函电极电极层、有机红外半导体层和高功函电极层构成顶探测器；或是从衬底向上分别设置高功函电极层、有机红外半导体层和低功函电极层构成底探测器，其特征在于衬底、高功函电极层、有机红外半导体层和低功函电极层分别是：

衬底是Si基衬底、非晶玻璃衬底、石英衬底、多晶陶瓷衬底或是柔性塑料衬底；

低功函电极层由材料Na、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、Cd、Ca、 K、 Li、U、In、Cs、Gd、Hf、La、Mn、Nb、Pb、V或Zr单独形成单质电极，或是至少两种的材料形成合金电极，或是不同单质形成多层电极；

有机红外半导体层由酞菁铒、酞菁钆或三明治结构的酞菁稀土形成；

高功函电极层由材料Au、Cu、Cr、Ni、Co、C、Si、 Pd、Pt、Se、ITO、AZO、Fe、Ir或Os单独形成单质电极，或是至少两种的材料形成合金电极，或是不同单质形成多层电极。

所述的功能层还包括电子传输层和空穴传输层，电子传输层在探测器是顶探测时设置于低功函电极层上，在探测器是底探测时设置于低功函电极层下；空穴传输层在探测器是顶探测时设置于高功函电极层下，在探测器是底探测时设置于高功函电极层上，其中： 

电子传输层由材料Alq₃、TAZ、PBD、Beq₂、DPVBi、Almq₃、OXD、BND、PV、Gaq₃、 Inq₃、Znq₂、Zn(BTZ)₂、TPBI、TPBI、ATZL、TPQ、TRZCF₃、Zn(ODZ)₂、Zn(TDZ)₂,、Al(ODZ)₃、 NPF-6、PSP或 SBBT单独形成单层薄膜，或是至少两种材料共蒸发形成复合材料薄膜，或是不同材料依次蒸发形成不同厚度的组合薄膜；

空穴传输层由材料TPD、Spiro-TPD、NPD、HTM、TPAC、TTB、NPB、Spiro-NPB、TPTE、TNB、NCB、BCB、IDB、ISB、PPD、TPOTA、MTDBB、TDAPB、BPAPF或PVK单独形成单层薄膜，或是至少两种材料共蒸发形成复合薄膜，或是不同材料依次蒸发形成不同厚度的组合薄膜。

增加的电子传输层使得器件电子的传输更为有利，而空穴传输层则是使得器件空穴的传输有利，从而增加了器件光生激子的解离。

功能层除了包括上述的电子传输层和空穴传输层外，还包括了电子收集层和空穴收集层，电子收集层在探测器是顶探测时设置于低功函电极层上，在探测器是底探测时设置于低功函电极层下；空穴收集层在探测器是顶探测时设置于高功函电极层下，在探测器是底探测时设置于高功函电极层上，其中：