一种低暗电流结构的有机紫外探测器件的制作方法

本发明属于有机光电子技术领域，具体涉及一种低暗电流结构的有机紫外探测器件。

背景技术：

紫外光对人类活动有着巨大影响，因此人们开始了对能够准确测量紫外辐射的器件-紫外探测器的研究。紫外探测器在实际中有很多应用，可以用来检测大气中的紫外线的强度，以防止紫外线对人体的伤害，紫外探测器还可以用来检测紫外曝光，紫外光化学反应，uv杀菌灯。在军事上，紫外探测器可用来作导弹追踪。此外，在紫外探测器可用来作烟雾和火灾探测。

基于无机宽禁带半导体材料制备的紫外光探测器件取得了很大的进展，但是无机半导体材料在外延生长和掺杂方面还有问题，也存在着制作工艺复杂，材料成本昂贵的不足。随着有机半导体材料的迅猛发展和有机光电子器件的深入研究，基于有机半导体材料的紫外光探测器件得到了科研人员的重视，并取得了一定的进展。与无机紫外光探测器相比，有机半导体材料具有质轻、价廉、加工性能优异等特点，故而更易制备得到小体积、低功耗、低成本的紫外探测器件，解决了无机紫外光探测器中普遍存在的设备昂贵、工艺复杂等诸多不足。种类繁多的有机半导体材料也为有机紫外光探测器件的发展和创新提供了很大的可选择性，还很容易根据需要合成出具有相应光电特性的新材料。

目前，有机紫外探测材料与器件的研究尽管已经取得了一定的进展，但与其它有机电子或光电子器件(如有机晶体管，有机光伏电池，有机发光二极管等)相比，该领域的研究明显滞后。滞后原因主要是以宽禁带的有机半导体材料分别作为给体和受体材料的异质结型器件，使得器件的暗电流偏高，进而影响紫外探测的精度，因此，若不克服器件暗电流的问题，现有技术领域很难在有机紫外探测材料与器件上有所突破。

技术实现要素：

本发明提供一种低暗电流结构的有机紫外探测器件，以解决现有有机紫外探测材料与器件暗电流过高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种低暗电流结构的有机紫外探测器件，包括至下而上依次设置的透明衬底、导电阳极、阳极缓冲层、紫外光敏感层、掺杂过渡层、紫外光敏感层、阴极缓冲层以及金属阴极层，所述掺杂过渡层由pfn和pedot:pss掺杂而成，各组分的体积百分比分别为：pfn30～50％，pedot:pss50％～70％。

本发明的掺杂过渡层，通过用pfn/pedot:pss掺杂过渡层作为连接层，在暗态情况下，注入的电子和空穴在掺杂界面复合，进而减小暗电流，从而降低探测器噪声。该结构的有机紫外探测器件实现了低噪声的探测，在科学、工业和日常生活等领域有着很大的应用前景。

进一步地，所述掺杂过渡层厚度为5nm～10nm。

进一步地，所述紫外光敏感层由聚乙烯基咔唑、氧化锌、氧化钛、聚(n,n’双(4-丁基苯基)-n,n’-双(苯基)联苯胺)(poly-tpd)中的一种或多种组成，紫外光敏感层厚度为100nm。

进一步地，所述透明衬底的材料为玻璃、透明聚合物柔性材料或生物可降解的柔性材料中的任意一种或多种；所述透明聚合物柔性材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的任意一种或多种。

进一步地，所述导电阳极的材料为氧化铟锡、石墨烯、碳纳米管中的任意一种或多种。

进一步地，所述阳极缓冲层的材料为三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨中的一种，阳极缓冲层厚度为10nm。

进一步地，所述阴极缓冲层材料为碳酸铯、氟化锂、氧化钙、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲、4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲、1,3,5-三(n-苯基-苯并咪唑-2)苯中的一种，阴极缓冲层厚度为10nm。

进一步地，所述金属阴极层的材料为金属薄膜或合金薄膜，所述金属薄膜为锂、镁、钙、锶、铝、铟中的一种金属薄膜，所述合金薄膜为锂、镁、钙、锶、铝、铟中的一种与铜、金、银中的一种炼制的合金薄膜，金属阴极厚度为100nm。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用n型和p型掺杂过渡层作为连接层，能有效使暗态条件下注入的电子和空穴在其界面复合，从而减小器件暗电流，进而降低探测器噪声，提高探测精度；

(2)本发明采用两层紫外光敏感层结构，有效增加了对紫外光吸收，提高激子产生效率，从而提高器件光响应度；

(3)本发明采用的器件结构是“三明治”式的结构，所有功能层材料采用蒸镀和旋涂成膜，器件制备方法较基于无机材料的宽光谱光探测器件的制备方法简单，且易操作。

附图说明

图1为本发明提供的低暗电流结构的有机紫外探测器件的结构示意图；

图2是本发明所提供的实施例1中所述器件在紫外光(波长为360nm，强度为0.6mw/cm²)照射和无紫外光照射条件下的电流密度-电压特性曲线；

图3是本发明所提供的实施例2中所述器件在紫外光(波长为360nm，强度为0.6mw/cm²)照射和无紫外光照射条件下的电流密度-电压特性曲线；

图中标记：1、透明衬底；2、导电阳极；3、阳极缓冲层；4、紫外光敏感层；5、掺杂过渡层；6、紫外光敏感层；7、阴极缓冲层；8、金属阴极。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1，本发明的一种低暗电流结构的有机紫外探测器件，包括至下而上依次设置的透明衬底1、导电阳极2、阳极缓冲层3、紫外光敏感层4、掺杂过渡层5、紫外光敏感层6、阴极缓冲层7、金属阴极8。

所述紫外光敏感层为聚乙烯基咔唑(pvk)，氧化锌(zno)，氧化钛(tio)，聚(n,n’双(4-丁基苯基)-n,n’-双(苯基)联苯胺)(poly-tpd)中的一种或多种的组合；所述透明衬底的材料为玻璃、透明聚合物柔性材料或生物可降解的柔性材料中的任意一种或多种；其中，所述透明聚合物柔性材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的任意一种或多种；所述导电阳极材料为氧化铟锡(ito)、石墨烯(graphene)、碳纳米管(carbonnanotube)中的任意一种或多种；所述阳极缓冲层材料为三氧化钼(moo3)、五氧化二钒(v2o5)、三氧化钨(wo3)中的一种；所述阴极缓冲层材料为碳酸铯(cs2co3)、氟化锂(lif)、氧化钙(cao)，2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(bcp)，4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(bphen)，1,3,5-三(n-苯基-苯并咪唑-2)苯(tpbi)中的一种。所述金属阴极层的材料是金属薄膜或合金薄膜，该金属薄膜可以是锂或镁或钙或锶或铝或铟等金属薄膜或它们与铜或金或银等的合金薄膜，金属阴极厚度为100nm。

所述掺杂过渡层为pfn和pedot:pss混合组成，掺杂的体积百分比分别为：pfn30～50％,pedot:pss50％～70％。所述掺杂过渡层厚度为5nm～10nm。

以下是本发明的具体实施例：

实施例1：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀moo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(500rpm,200nm)，并进行烘烤(130℃,15min)；在紫外光敏感层表面蒸镀制备阴极缓冲层bphen10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度1.4a/w，暗电流为5×10^-2ma/cm²。

实施例2：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀moo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(50％：50％)掺杂过渡层(1500rpm,10nm)；在掺杂过渡层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bphen10nm，在阴极缓冲层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度15.5a/w，暗电流为3×10^-5ma/cm²。

实施例3：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀moo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(40％：60％)掺杂过渡层(1200rpm,8nm)；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bphen10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度14.8a/w，暗电流为3.3×10^-5ma/cm²。

实施例4：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(30％：70％)掺杂过渡层(1000rpm,5nm)；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bphen10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度13.5a/w，暗电流为2.1×10^-5ma/cm²。

实施例5：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(45％：55％)掺杂过渡层(1200rpm,8nm)；在阳极缓冲层上采用旋涂制备pvk紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(130℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bphen10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度10.5a/w，暗电流为1.2×10^-5ma/cm²。

实施例6：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备tio紫外紫外光敏感层(500rpm,200nm)，并进行烘烤(200℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bcp10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度1.3a/w，暗电流为1.4×10^-3ma/cm²。

实施例7：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备tio紫外紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(50％：50％)掺杂过渡层(1200rpm,8nm)；在掺杂过渡层上采用旋涂制备tio紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bcp10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度23.2a/w，暗电流为4.4×10^-6ma/cm²。

实施例8：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备tio紫外紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(55％：45％)掺杂过渡层(1500rpm,5nm)；在掺杂过渡层上采用旋涂制备tio紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bcp10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度33.7a/w，暗电流为2.7×10^-6ma/cm²。

实施例9：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备tio紫外紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(70％：30％)掺杂过渡层(1000rpm,10nm)；在掺杂过渡层上采用旋涂制备tio紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bcp10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度35.1a/w，暗电流为1.6×10^-6ma/cm²。

实施例10：

对由衬底及透明导电阳极ito所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ito表面蒸镀wo3制备阳极缓冲层；在阳极缓冲层上采用旋涂制备tio紫外紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)；在紫外光敏感层表面旋涂制备pfn：pedot:pss(60％：40％)掺杂过渡层(1200rpm,8nm)；在阳极缓冲层上采用旋涂制备tio紫外紫外光敏感层(1500rpm,100nm)，并进行烘烤(200℃,15min)，在紫外光敏感层表面旋涂制备阴极缓冲层bcp10nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极ag(100nm)。在标准测试条件下：在-2v条件下，360nm，0.6mw/cm²紫外光下，测得器件的响应度15.6a/w，暗电流为2.1×10^-5ma/cm²。

显而易见的，上面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，或在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。