一维有机纳米线的有机光电探测器件

基于有机微纳米一维组装体的高效光电转化器件具有尺寸小，敏感度高，检测光谱范围可调，柔性，大面积加工，可阵列化等优点，可能成为新一代低成本大规模光检测阵列的理想材料。基于有机一维组装体的光检测器可以通过修饰有机材料结构，组装模式，组装体表面结构，组装体与器件衬底接触，组装体与金属电极接触等位置来获得响应强度，响应速度，响应范围不同的器件，通过激光探针，力学探针等方式获得这一类新型器件在光电响应，电荷分离，电荷输运，电荷复合等光检测器重要过程的物理机制，提供新的物理模型，验证原有理论，获得提高器件和材料性能的方法，将有机微纳米一维光电检测器推向实用化。

国家自然科学基金资助项目“一维有机纳米线的有机光电探测器件”（61076116）已于2013年底顺利完成。在过去的三年中一共发表7篇SCI检索论文，有一名博士后出站，一名博士生和两名研究生在国家自然科学基金的资助下顺利毕业。所发表的论文中，4篇发表在1区期刊，1篇发表在二区期刊，1篇发表在三区期刊，1篇发表在四区期刊。.通过三年的深入研究工作，我们得到了高性能的基于有机纳米/微米结构的双极光导器件。2×106 Vm-1 的电场下光导增益（Gain）高达 1.3×104 ，光响应度（Responsivity）提高到 4372 AW-1，最高开关比达到了 104，器件性能已经可以和无机纳米机构的光探测器件相当。而这种高的增益主要是由更好的晶体微结构，以及在有机半导体材料和基底之间引入介电层之后导致的载流子寿命增长引起的。.我们通过延缓晶体生长过程，得到了晶型更好的有机纳米结构。利用蒸镀时掩模的阴影效应，可将沟道宽度从 20 μm 减小到 15 μm。基于此，我们得到了大于1 cm2 V-1 s-1的载流子迁移率。迁移率的提高和沟道宽度变窄是提高光导增益的关键因素。.我们的研究中的重要贡献，是发现对半导体材料和基底之间的界面进行修饰会影响到光生载流子的寿命，从而提高光导器件的性能。众所周知，界面修饰是获得高性能有机 FET 器件的主要途径，主要是因为介电层/ 有机层之间的界面很大程度的影响了载流子传输。基于光导器件的器件结构（光从半导体顶部照射），一般认为有机纳米/微米材料本身的体性质是器件性能的主导因素。然而，我们发现介电层/有机层之间的界面也是影响光导器件性能的关键因素。通过在有机材料和基底之间引入 PS 或 PMMA 介电层，光生载流子的寿命有了非常大的增长，因此极大的提高了器件的增益。.在有机纳米线图案化工作方面，我们采用提拉工艺得到了规则排列的有机纳米线阵列，并且利用喷墨打印制备电极。全溶液工艺解决了基于有机纳米结构的光电器件制备过程的最大难题，也就是绝缘层和半导体材料之间的接触问题以及半导体/电极之间的界面问题。我们制备的有机纳米线阵列得到了高达1.26 cm2V-1S-1 的载流子迁移率，这已经达到了蒸镀电极制备的单根纳米线器件的结果。.我们的研究工作为高性能有机纳米结构光探测器件的制备朝向大面积，低成本，高产出和工艺简化方面铺平了道路。.