新型pin结构的薄膜有机光探测器及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于新型PIN结构的薄膜有机光探测器及其制备方法与应用。该薄膜有机光电导探测器，包括基底，PIN结构光敏感层和在其上的图案化的电极层。该探测器结合了本征有机层（P层和N层）的高迁移率和有机异质结层（I层，由P层与N层有机材料混合而成）能产生高浓度的光自由电荷的优点。高迁移率导致了短的电子渡越时间，高浓度的光自由电荷的产生意味着高的外量子效率。所以当光照射到器件上时，材料吸光产生载流子很快并大量的被电极收集从而产生高的光电流与光电性能，从而提高了探测器的灵敏度。因此，这种薄膜有机光探测器具有重要的应用价值。
【专利说明】新型PIN结构的薄膜有机光探测器及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型PIN结构的薄膜有机光探测器及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]目前，公知的光电导探测器结构是由两个水平电极以及中间的光敏感层组成。将光电导器件接成回路并加一个偏置电场，当入射光与探测器接触时，探测器内部的光敏感层产生电子空穴对，电子空穴对在电场的作用下分离并被电极收集形成光电流，通过光电流的强度来表征光的强度与大小可以用来进行光检测、图像成像或生物传感等方向。因此器件对光的敏感度相当重要，通常用两个重要的参数来表征这样的一种敏感度:响应度R和光电增益G。R表示产生的光电流与引入的光强度的一个比值，G表示的是器件每吸收一个光子器件内部流过的电荷。
[0003]这两个值可以用下面的公式表示:
[0004]G表示光电增益:
[0005]
【权利要求】
1.一种薄膜有机光电导探测器，其特征在于，所述探测器包括基底，有机PIN结构光敏感层和在其上的图案化的电极层，其中，所述有机PIN结构光敏感层位于基底之上，所述电极层位于所述有机PIN结构光敏感层之上。优选地，所述光敏感层位于所述图案化的电极层的正极和负极之间。
2.根据权利要求1所述基于新型PIN结构的薄膜光电导探测器，所述PIN结构的有机层的厚度为200-1000nm，优选400_600nm例如560nm。 优选地，构成所述PIN层中吸光层的材料选自吸光聚合物和吸光小分子中的至少两种。优选地，P型层材料选自吸光聚合物，N型层材料选自吸光小分子，I型层为两者(P型和N型)混合得到。 优选地，所述吸光聚合物具体选自P3HT、PBDTTT-C和PTB7中的至少一种；所述吸光小分子具体为PCBM。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜光电导探测器，所述P型，N型以及由P型N型组成的I型层在PIN结构中的垂直方向有一定的分布。优选地，所述P型层厚度为100-800nm分布，更优选为300-500nm的分布。所述I型层厚度为20_100nm分布，更优选为30_60nm分布。所述N型层厚度为20-100nm分布，更优选为30_60nm分布。
4.根据权利要求1-3任一项所述的薄膜光电导探测器，所述电极层的材料选自铝、金、锌和银中的至少一种；优选为铝电极。所述图案化的电极层由位于同一层的正极层和负极层组成。所述图案化的电极层的正极和负极之间的水平间距为1-1000μπι，优选为5-100 μ m,更优选为10 μ m ;所述电极层的厚度为30_200nm，优选为40_150nm，例如为50nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的薄膜光电导探测器，所述基底为选自刚性基底或柔性基底，所述刚性基底例如为玻璃或硅，所述柔性基底可为选自聚酰亚胺和聚酯薄膜中的至少一种。所述聚酰亚胺的相对分子质量优选为10000-100000g/mol，例如45000g/mol ;所述聚酯的相对分子质量优选为10000-100000g/mol，例如70000g/mol。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述的薄膜光电导探测器的方法，包括如下步骤: 1)在所述基底上制备PIN结构的有机层； 2)在所述PIN结构的有机层上制备电极层，得到所述探测器； 优选的，制备所述PIN结构层为溶液旋涂法与蒸镀法的结合。制备所述电极层为蒸镀法。 优选地，有机PIN层中的P层主要通过旋涂法进行制备，所用溶液的浓度为1-1OOmg/ml，具体为40mg/ml ;旋涂的速度为500_10000rpm。 优选地，有机PIN层中的P层主要通过喷墨打印法进行制备，墨水的浓度为1-1OOmg/ml，具体为 20mg/ml。 优选地，所述电极层主要通过溅射法进行制备，溅射的真空度为10_4-10_5Pa，具体为I X KT4Pa。 优选地，所述小分子N层和电极层主要通过真空蒸镀法进行制备，蒸镀电极层的真空度为KT4-1O-5Pa,具体为lX10_4Pa。蒸镀小分子N层的真空度为I(T5-K)-6Pa,具体为I X KT5Pa。
7.权利要求1-5任一项所述的基于新型PIN结构的薄膜光电导探测器的用途，其用于制备光检测器、图像成像器件或生物传感器。
8.一种光检测器，其包括权利要求1-5任一项所述的基于新型PIN结构的薄膜光电导探测器。
9.一种图像成像器件，其包括权利要求1-5任一项所述的基于新型PIN结构的薄膜光电导探测器。
10.一种生物传感器，其包括权利要求1-5任一项所述的基于新型PIN结构的薄膜光电导探测器。`
【文档编号】H01L51/42GK103794726SQ201310740539
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】靳志文, 王吉政 申请人:中国科学院化学研究所