用于可见光及红外光成像的低电压柔性有机光电晶体管阵列

Organic phototransistor devices, especially used for the detection of infrared light, are of great importance because of their potential applications. In this project we will fabricate a flexible low-voltage organic optical sensor array device for visible and near-infrared light imaging. The optical sensor is based on transistor structure, in which the organic charge transfer complex will be used for infrared light sensing and, small molecules based on thiophene and benzene such as DNTT, BBTNDT and pentacene are responsible for blue, green and red light sensing, respectively. We will also carry the in-depth study of the charge transport and the operating mechanism of organic phototransistor device. Next, we will scale up the device to sensor array architecture to further expand the applications such as optical imaging, thermal imaging, night vision and remote sensing. The array is in active-matrix form, which could realize fast switching and low current noise. By using the high-k anodized Al2O3 dielectric, the whole device can operate at battery voltage range. Such array device can be used for diagnose, microelectronic, geoscience or national defense purpose.

有机半导体光电探测器，特别是红外波段的光电探测器具有重要的研究意义和应用价值。本项目拟设计一种基于有机小分子材料的光电探测器件。采用有机小分子电荷转移复合物材料实现红外波段光电响应，采用基于噻吩和并苯类的DNTT，BBTNDT和并五苯分子实现可见光波段蓝绿红光的光电响应。构建以光电晶体管为基础的光电探测器并对其工作原理进行深入研究。在此基础上，以构筑器件阵列的方式拓展光电器件的应用和功能。将器件阵列化可以获得远远超过单独器件的功能和应用场合，实现可见光的成像，或是红外热成像、夜视、以及遥感探测等多种用途。光电晶体管阵列采用有源矩阵的连接方式，以阳极氧化铝高介电常数介电层为基础，实现低电压、高可靠性、高速扫描等特性。此类光电传感器阵列器件可以在医疗、微电子、地理信息技术和国防等应用方面展现重要的技术价值。

本项目执行期间依据项目申请书的研究内容和研究目标，完成了从有机半导体光电响应材料、光电器件制备和优化、到有机光电器件阵列制造技术的研究。开发了有机无机杂化电荷转移复合物、有机小分子电荷转移复合物、超薄二维有机单晶材料等材料体系，实现了最大波长在1650 nm的红外光谱吸收和良好的光电响应特性。也发展了用于紫外波段光电响应的大带隙有机半导体晶态薄膜材料。构建了基于二维有机单晶的高性能有机近红外光电晶体管和紫外波段光电晶体管。深入研究了有机光电晶体管的工作过程和工作原理，总结了不同器件结构的性能优化策略，从有机光电响应器件的物理模型出发提出了基于改善有机晶体管光响应度的方法。发展了全新的大面积有机单晶阵列的印刷制造方法，为实现高性能有机光电器件阵列做好了准备。发展了高分辨率阳极氧化铝介电层制造工艺，实现了32×32像素数量的光电器件制造，单个像素面积小于1 mm^2。本项目的主要研究成果为后续发展高性能及大面积低成本有机光电器件提供了帮助。本项目在知识产权转化、自主设备研发、人才培养方面也取得一定成绩。