[发明专利]一种高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器，特别涉及一种高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器。

背景技术

有机光电探测器由于具有柔性、廉价和易于集成等众多优点，它在消费类电子产品、家用器具、智能建筑照明、工业、生产安全、卫生保健和生命科学、环境、玩具和教育等领域将有广泛的应用。为了满足实际应用的要求，有机光电探测器应该具有高的外量子效率、快的响应、低的暗态电流和高的归一化探测率。有机光电探测器可分成平面异质结型、体异质结型和薄多层交替结构型。2000年，Forrest研究组报道了采用每层厚度为0.5nm的交替结构的有机光电探测器，在-10V偏压下最大外量子效率超过了70%，并且其最高工作频率达到了430MHz。但是这种器件是在超高真空1×10^-10Torr中制备的。当采用通常的真空度5×10^-7Torr到1×10^-6Torr条件沉积时，器件在-1到-5V的工作电压范围内的带宽只有几千赫兹到几兆赫兹，而外量子效率仅有0.02%。体异质结型有机光电探测器的优点是有机材料吸光后不用经过扩散就可以进行电荷转移和分离，但是通常情况下P型有机半导体和N型有机半导体相互掺杂后，材料的迁移率会大幅度的降低。因此，激子分离后产生的载流子渡越到电极的时间会增加。而对于平面异质结型光电探测器，它的优点是激子在两层有机物界面进行分离之后，分离得到的自由载流子是经同一种材料被电极所收集，因为没有掺杂，材料的迁移率不会降低。但是由于远离界面处的激子需要很长的扩散时间才能到达界面处，故器件的响应时间多受扩散时间的限制。因此，如何设计出结构简单而有高性能的有机光电探测器，使其具有高的外量子效率、快的响应速度的同时，仍能表现出较低的漏电流是有机光电探测器研究的重要课题。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供了一种更有效的异质结器件结构，即在平面异质结内引入体异质结的混合型异质结器件结构，通过选择能级匹配的高迁移率有机半导体材料，在通常真空条件下制备出了高性能的高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器，包括顺次连接的：衬底、阳极、电子注入阻挡层、有源层、空穴注入阻挡层和阴极；

所述电子注入阻挡层由高空穴迁移率并且具有较低HOMO能级的材料构成，能够有效阻挡阳极向有源层的电子注入；

所述空穴注入阻挡层是由高电子迁移率的材料构成，能够有效阻挡阴极向有源层的空穴注入；

所述有源层是由至少一种高电子迁移率的材料和至少一种高空穴迁移率的材料共混实现，并且至少有一种材料具有较好的光吸收性能。

上述技术方案中，所述电子注入阻挡层的材料为TAPC或Rubrene。

上述技术方案中，所述电子注入阻挡层的厚度为1纳米到50纳米。

上述技术方案中，所述有源层的空穴和电子材料分别为：TAPC和C60，或TAPC和C70，或Rubrene和C60，或Rubrene和C70。

上述技术方案中，所述有源层中TAPC或Rubrene的掺杂浓度按重量比为5-80%。

上述技术方案中，所述有源层的厚度在5纳米到200纳米。

上述技术方案中，所述空穴注入阻挡层的材料为C60或C70。

上述技术方案中，所述空穴注入阻挡层厚度为1纳米到50纳米。

上述技术方案中，所述阴极的厚度为50-1000纳米。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器，使用了具有高迁移率的空穴传输材料TAPC和Rubrene，及电子传输材料C60和C70来制备有机光电探测器，这使得器件具有较快的响应速度。此外，由于TAPC和Rubrene是一种宽带隙有机半导体材料并有较低的HOMO，这使得它作为空穴阻挡层时可以有效地阻挡阳极的电子向有源层的注入，从而大大地降低了器件的漏电流。C60和C70是较好的光吸收材料，其使用可以有效地增加器件的吸光，从而使器件拥有更高的外量子效率。

本发明的高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器，可以通过控制有源层中空穴材料和电子材料的比例来调节器件的响应速度和外量子效率，综合性能优越。

由于有源层中混合的电子和空穴材料分别使用了电子阻挡层和空穴阻挡层相同材料，本发明的高外量子效率和低暗态电流的高速有机光电探测器的结构相对来说也大大简化了。

附图说明