低压驱动高增益体异质结有机光电探测器的研究

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1、硕士学位论文低压驱动高增益体异质结有机光电探测器的研究THERESEARCHONHIGHGAINBULKHETEROJUNCTIONORGANICPHOTODETECTORATALOWDRIVINGVOLTAGE苗信诚哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TM914.4学校代号：10213国际图书分类号：544.6密级：公开工学硕士学位论文低压驱动高增益体异质结有机光电探测器的研究硕士研究生:苗信诚导师:邓先宇副教授申请学位:工学硕士学科:材料物理与化学所在单位:深圳研究生院答辩日期:2017年12月授予学位单位:哈尔滨工业大学

2、ClassifiedIndex:TM914.4U.D.C.:544.6AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringTHERESEARCHONHIGHGAINBULKHETEROJUNCTIONORGANICPHOTODETECTORATALOWDRIVINGVOLTAGECandidate：MiaoXinchengSupervisor：Asso.Prof.DengXianyu

3、AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsPhysicsandChemistryAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要有机光电探测器具有轻便、制作工艺简单、低工作电压、溶液低温大面积制备等优点，目前已广泛应用于传感、环境监测、国防建设、航天、消防等邻

4、域。高增益有机光电探测器对提高器件的响应度和探测率有重要作用。目前传统高增益有机光电探测器的工作机制主要基于光导模型和利用有机材料内部缺陷导致的多重激子激发，但是光导模型器件主要在高压强电场下工作，而多重激子激发被证明在有机材料中很难实现，并且相应高增益效果有限，因此对低工作电压高增益有机光电探测器的研究成为人们研究热点。本论文则通过于体异质结活性层引入富含缺陷有机HL2材料，采用新颖倒装器件结构，将电子给体材料与MoO3修饰材料形成异质结制备低工作电压高增益有机光电探测器。本文通过使用氨基酸修饰阴极，MoO3材料修饰阳极，即降低活性层

5、与两侧电极之间的能级势垒，又可提高光生电荷传输与被收集效率。以PCE-10和PCBM共混作为活性层材料，改变有机缺陷HL2材料掺杂比例，采用慢速旋涂工艺，最终制备高增益体异质结有机光电探测器件在1.5V低外加偏压下，其外量子效率最终达到2552%，从而响应度也大幅提升，并且得益于有机HL2材料对电流的抑制作用，探测率也突破到7.08×1014Jones，达到甚至超过了目前无机硅探测器件的性能。并对缺陷HL2材料掺杂对器件线性度、老化特性等方面影响进行了探究，发现缺陷HL2材料掺杂在提高器件偏压下增益效果的同时，并没有对器件其余方面造成负

6、面影响。并进一步使用MEH-PPV和PDPP3T材料替代PCE-10，所制备器件偏压下也出现了高增益现象，说明在本文倒装器件结构下，于有机活性层材料中的缺陷掺杂，对于提高器件在偏压下的增益效果具有适用性。为了详细了解所制备器件的高增益原理，本课题探究了器件各有机功能层以及正倒装结构对器件高增益的影响，所制备器件高增益的工作机理主要是有缺陷电子给体材料与MoO3阳极修饰材料形成异质结，在正向偏压下引起外部电荷大量注入，最终导致器件外量子效率突破100%的限制，达到高增益的效果，而有机材料内部缺陷引起的多重激子激发仅对高增益起到辅助作用。关

7、键词：高增益；缺陷材料；光电探测器；工作机理IAbstractAbstractBecauseoftheadvantagesoflightweight,simplefabricationprocess,lowoperatingvoltageandlarge-areafabricationinlowtemperature,theorganicphotodetectorhasbeenwidelyusedinsensing,environmentmonitoring,nationaldefense,andaerospace,etc.Thehig

8、hgainhasplayedanimportantroleinimprovingtheorganicphotodetector’sresponsibilityanddetectivity.Atpresent