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半导体材料和器件的出现和发展极大地推动了社会生产力的进步,也为人们的生产生活带来了翻天覆地的变化,然而当前的半导体器件仍然强烈地依赖于半导体硅、锗等材料。为了满足半导体器件小型化、集成化、低功耗的要求,适应不同应用领域的需要,人们不断地尝试采用新的材料、器件结构以及工艺技术等开发功能多样的半导体器件。二十世纪,有机半导体和纳米科技的提出给半导体器件领域注入了新的活力,为半导体器件研究开辟了全新的领域。光电探测器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件,可用于光控开关、光触发放大及光探测电路等,同时也是图像传感器的重要组成部分,其性能决定了图像传感器的成像质量。传统的硅基光电探测器工艺复杂、成本高、探测波长范围有限且不适用于柔性器件。种类丰富的纳米半导体材料为新型光电探测器的研发提供了更为多样的选择,纳米材料新奇的物理化学性质也为新型器件的开发提供了可能性,尤其是量子限域效应显著、具有尺寸调节带隙大小的量子点材料。此外,有机半导体具有柔性、溶液加工、成本低廉等天然的优势。本工作旨在将量子点与有机半导体材料(特别是聚合物)相结合,发挥各自的优势,扬长避短,在新型光电探测器的制备工艺和提高器件性能方面进行探索。场效应晶体管结构的光电探测器也称为光敏晶体管,是一种结构新颖、潜力巨大的光电探测器件。我们将纳米、有机半导体材料应用于光电探测器,采用简单实用性强的溶液旋涂法、金属热蒸镀法制备器件,对不同的器件结构、有机介电材料进行尝试,优化器件的工艺参数,研究器件的性能。具体的工作如下(1)制备顶栅极结构的P3HT光敏晶体管Au(源、漏极)/P3HT/PMMA/Al(栅极)。采用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为有源层,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为介电层,为了避免制作过程中的“溶剂腐蚀”问题,使用丙酮作为PMMA溶液法制备过程的溶剂。我们制备了有源层厚度分别38 nm、150 nm和223 nm的光电探测器,对比三种器件的电学性能和对光照的响应情况,我们发现P3HT厚度为223 nm的器件性能最优。其迁移率约为0.01 cm2·V-1·s-1;该光电探测器可以对350~650nm范围的光产生响应,响应度在15~26 m A/W之间,最大“明/暗”电流比可达2400。通过对介电层的优化,使用乙酸丁酯作为介电层的溶剂,可将150 nm有源层光电探测器的载流子迁移率从1.57×10-3 cm2·V-1·s-1提高到0.08 cm2·V-1·s-1;在相同光照下器件的“明/暗”电流比和响应度均大于用丙酮制备的器件,其最大“明/暗”电流比可达75,最大响应度为0.3 A/W。(2)采用底栅极结构并以交联的聚(4-乙烯基苯酚)(cr-PVP)作为介电层,成功地制备了ITO(栅极)/cr-PVP/P3HT/Au(源、漏极)光电探测器。为了改善P3HT光电探测器的性能,用介电材料PMMA(质量百分数分别为20%、50%和60%)对有源层进行掺杂。与不掺杂的纯P3HT器件作对比,实验发现:无光照条件下,PMMA质量百分数为20%的器件电学性能最好,其“开/关”电流比、载流子迁移率分别为329和1.58×10-3 cm2·V-1·s-1。PMMA质量百分比为50%的器件对光照的响应最敏感,最大“明/暗”电流比和响应度达到44和166.45 m A/W。通过对紫外-可见吸收光谱和薄膜表层AFM图的研究发现,掺杂后P3HT结晶性对光电探测器性能的改善有很大关系。(3)为了进一步拓展光电探测器的波长响应范围,实现红外波长的探测,我们选用窄禁带半导体硫化铅(Pb S)量子点与有机半导体P3HT的复合物作为光电探测器的有源层,器件仍然采用底栅极结构的光电探测器ITO(栅极)/cr-PVP/P3HT:Pb S/Au(源、漏极)。通过调节P3HT:Pb S纳米复合物中的质量比(K=MP3HT/MPb S=1:1、1:3、1:5、1:7),发现随着量子点添加量的增大,器件的电学性能逐渐下降,而K=1:5的器件对980 nm红外激光响应最强,最大“明/暗”电流比达到869,响应度达到135 m A/W,比探测率最大为7.28×1010 Jones。将器件放置在手套箱中50天后进行测试,发现器件对光照的响应没有发生明显的下降。