專利名稱：光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光伏型的有機紫外半導(dǎo)體探測器。
背景技術(shù)：
紫外線是電磁波譜中波長從IOnm到400nm輻射的總稱，不能引起人們的視覺。紫 外探測器則是用于探測紫外光的設(shè)備，在環(huán)境監(jiān)測、森林防火、科學(xué)研究、導(dǎo)彈告警等軍民 用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的用于制作紫外探測器的材料主要有ZnO、GaN, SiC等無機寬帶隙半導(dǎo)體材 料，它們的特點是制備溫度高，應(yīng)用波段范圍窄，價格昂貴，因此限制了紫外探測器的發(fā)展 應(yīng)用。德國西門子公司和奧爾登堡大學(xué)報道了基于有機半導(dǎo)體材料的可見光-紫外探測 器，而其他國家的研究者雖合成出了具有紫外吸收特性的有機半導(dǎo)體材料，如2，6-雙取代 茚并芴衍生物和二硫代氨基甲酸酯類等，但未將其應(yīng)用于有機紫外探測器上。如有機紫外 半導(dǎo)體材料作為一種光電響應(yīng)材料能應(yīng)用于紫外探測器上，則可克服無機半導(dǎo)體材料的缺 點，實現(xiàn)制備成低成本、大面陣的紫外探測器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的就是目前無機紫外探測器成本高、不易實現(xiàn)光伏探測、不能實 現(xiàn)柔性基底探測等要求的問題，提供一種光伏型的有機紫外半導(dǎo)體探測器。本發(fā)明的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，在襯底上設(shè)置各功能層構(gòu)成，各功 能層從襯底向上分別設(shè)置低功函電極層、有機紫外半導(dǎo)體層和高功函電極層構(gòu)成頂探測 器；或是從襯底向上分別設(shè)置高功函電極層、有機紫外半導(dǎo)體層和低功函電極層構(gòu)成底探 測器，其特征在于襯底、高功函電極層、有機紫外半導(dǎo)體層和低功函電極層分別是
襯底是Si基襯底、非晶玻璃襯底、石英襯底、多晶陶瓷襯底或是柔性塑料襯底； 低功函電極層由材料 Na、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、Cd、Ca、K、Li、U、In、Cs、Gd、Hf、La、Mn、Nb、 Pb、V或&單獨形成單質(zhì)電極，或是至少兩種的材料形成合金電極，或是不同單質(zhì)形成多層 電極；
有機紫外半導(dǎo)體層由蒽、菲或芴，或者以它們?yōu)槟阁w的衍生物或以它們及它們的衍生 物為單體形成的聚合物；
高功函電極層由材料 Au、Cu、Cr、Ni、Co、C、Si、Pd、Pt、Se、ΙΤ0, ΑΖ0、Fe、Ir 或 Os 單獨 形成單質(zhì)電極，或是至少兩種的材料形成合金電極，或是不同單質(zhì)形成多層電極。所述的功能層還包括電子傳輸層和空穴傳輸層，電子傳輸層在探測器是頂探測 時設(shè)置于低功函電極層上，在探測器是底探測時設(shè)置于低功函電極層下；空穴傳輸層在探 測器是頂探測時設(shè)置于高功函電極層下，在探測器是底探測時設(shè)置于高功函電極層上，其 中
電子傳輸層由材料 Alq3、TAZ、PBD、Beq2, DPVBi, Almq3> OXD、BND、PV、Gaq3> Inq3、Znq2, Zn (BTZ) 2、TPBI、TPBI、ATZL、TPQ、TRZCF3> Zn (ODZ) 2、Zn(TDZ)2,、Al (ODZ) 3、NPF-6、PSP 或
4SBBT單獨形成單層薄膜，或是至少兩種材料共蒸發(fā)形成復(fù)合材料薄膜，或是不同材料依次 蒸發(fā)形成不同厚度的組合薄膜；
空穴傳輸層由材料 TPD, Spiro-TPD, NPD、HTM、TPAC, TTB、NPB、Spiro-NPB, TPTE, TNB、 NCB, BCB, IDB、ISB、PPD、TPOTA、MTDBB、TDAPB、BPAPF 或 PVK 單獨形成單層薄膜，或是至少兩 種材料共蒸發(fā)形成復(fù)合薄膜，或是不同材料依次蒸發(fā)形成不同厚度的組合薄膜。增加的電子傳輸層使得器件電子的傳輸更為有利，而空穴傳輸層則是使得器件空 穴的傳輸有利，從而增加了器件光生激子的解離。功能層除了包括上述的電子傳輸層和空穴傳輸層外，還包括了電子收集層和空穴 收集層，電子收集層在探測器是頂探測時設(shè)置于低功函電極層上，在探測器是底探測時設(shè) 置于低功函電極層下；空穴收集層在探測器是頂探測時設(shè)置于高功函電極層下，在探測器 是底探測時設(shè)置于高功函電極層上，其中
電子收集層由材料 LiF, CsF、Na2O, K2O, Rb20:Al、Na20:Al、K20:A1、Rb20:Al、MgO、MgF2、 Al2O3或LiO2單獨形成單層薄膜，或是至少兩種材料共蒸發(fā)或共濺射形成復(fù)合薄膜，或是不 同材料依次共蒸發(fā)或共濺射形成不同厚度的組合薄膜；
空穴收集層由材料 CuPc、TiOPc、PEDOTPSS, m-MTDATA、2-TNATA、SiO2, SiOxNy, TiO2, PANI、ΡΡΥ、TPD-Si2Cl、TPD-Si2OMe或Teflon單獨形成單層薄膜，或是至少兩種材料共蒸發(fā) 或共濺射形成復(fù)合薄膜，或是不同材料依次共蒸發(fā)或共濺射形成不同厚度的組合薄膜。上述的有機紫外半導(dǎo)體層材料蒽、菲或芴，或者以它們?yōu)槟阁w的衍生物或以它們 及它們的衍生物為單體形成的聚合物被氧化劑或還原劑作用而形成受主或施主摻雜。所述的功能層是通過熱蒸發(fā)、磁控濺射、脈沖激光沉積、溶膠-凝膠、電子束蒸發(fā)、 溶液旋涂或溶液印刷的方式單獨形成各功能層，或是將這些任意方式組合后形成。所述的各功能層，包括低功函電極層、有機紫外半導(dǎo)體層、高功函電極層、電子 傳輸層、空穴傳輸層、電子收集層和空穴收集層，其每個功能層厚度大于Onm，小于等于 300nmo本發(fā)明的有機紫外光伏探測器，使用了不同的電子、空穴傳輸和收集等功能層，因 而利于有機光伏器件_結(jié)的形成，器件的_結(jié)是由于使用了不同HOMO和LUMO的功能材 料，而不同于無機光伏器件需要使用摻雜來實現(xiàn)_結(jié)，有機光伏的_結(jié)形成自由度很大， 調(diào)制范圍廣。相對于光導(dǎo)探測器而言，光伏探測器具有響應(yīng)速度快、功耗低、易于形成陣列、無 需偏置等優(yōu)勢。此外，有機半導(dǎo)體材料克服了無機半導(dǎo)體材料的缺點，使得制備成本更低， 易于實現(xiàn)大面積、大陣列，光敏材料電阻率可控、無需制冷、可實現(xiàn)柔性加工，因此有機紫外 光伏探測器在軍事、民用以及一些特定領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。


圖1是實施例1結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是實施例2結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是實施例3結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是實施例4結(jié)構(gòu)示意圖 圖5是實施例5結(jié)構(gòu)示意6是實施例6結(jié)構(gòu)示意圖
其中，襯底1，高功函電極層2，有機紫外半導(dǎo)體層3，低功函電極層4，電子傳輸層5，空 穴傳輸層6，電子收集層7，空穴收集層8。
具體實施例方式實施例1 一種底探測光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，以石英片為襯底1，用熱蒸 發(fā)的方法在襯底1上沉積150nm的ΑΖ0，形成高功函電極層2 ；用環(huán)己烷和DMF溶解芴的聚 合物，用勻膠機在高功函電極層2上旋涂IOOnm芴的聚合物，形成有機紫外半導(dǎo)體層3 ；最 后用熱蒸發(fā)技術(shù)沉積150nm的Mg:Ag合金，形成低功函電極層4。實施例2 —種頂探測光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，以石英片為襯底1，用磁控 濺射方法在襯底1上沉積150nm的Nb形成低功函電極層4，接著用熱蒸發(fā)技術(shù)沉積IOOnm 的芴，形成有機紫外半導(dǎo)體層3，最后用磁控濺射的方法沉積150nm的ΙΤ0，形成高功函電極 層2。實施例3 —種底探測光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，以石英片為襯底1，用磁控 濺射的方法在襯底1上沉積200nm的ΙΤ0，形成高功函電極層2，接著依次用熱蒸發(fā)技術(shù)沉 積IOnm的NPD，形成空穴傳輸層6，IOOnm的菲，形成有機紫外半導(dǎo)體層3，IOnm的Alq3形成 電子傳輸層5，最后用熱蒸發(fā)的方法沉積150nm的Mg:Ag合金形成低功函電極層4。實施例4 一種頂探測光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，以石英片為襯底1，用熱蒸 發(fā)的方法在襯底1上沉積150nm的Mg:Ag合金，形成低功函電極層4 ；接著依次用熱蒸發(fā) 技術(shù)沉積IOnm的Alq3，形成電子傳輸層5 ；IOOnm的菲，形成有機紫外半導(dǎo)體層3 ；IOnm的 TPD，形成空穴傳輸層6 ；最后用磁控濺射的方法沉積150nm的ΑΖ0，形成高功函電極層2。實施例5 —種底探測光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，以石英片為襯底1，用磁控 濺射的方法在襯底上沉積150nm的ΑΖ0，形成高功函電極層2，再用熱蒸發(fā)方法沉積5nm的 CuPc,形成空穴收集層8，接著依次用熱蒸發(fā)技術(shù)沉積IOnm的TPD，形成空穴傳輸層6，IOOnm 蒽，形成有機紫外半導(dǎo)體層3 ;10nm的Alq3，形成電子傳輸層5，Inm的LiF，形成電子收集 層7，最后用熱蒸發(fā)的方法沉積150nm的Mg:Ag合金形成低功函電極層4。實施例6 —種頂探測光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，以石英片為襯底1，用熱蒸 發(fā)的方法在襯底1上沉積150nm的Mg: Ag合金形成低功函電極層4，再用熱蒸發(fā)方法沉積 Inm的LiF，形成電子收集層7，接著依次用熱蒸發(fā)技術(shù)沉積IOnm的Alq3，形成電子傳輸層 5，IOOnm蒽，形成有機紫外半導(dǎo)體層3，IOnm的TPD，形成空穴傳輸層6，5nm的CuPc，形成 空穴收集層8，最后用磁控濺射的方法沉積150nm的ΑΖ0，形成高功函電極層2。
權(quán)利要求
一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，在襯底上設(shè)置各功能層構(gòu)成，各功能層從襯底(1)向上分別設(shè)置低功函電極層(4)、有機紫外半導(dǎo)體層(3)和高功函電極層(2)構(gòu)成頂探測器；或是從襯底(1)向上分別設(shè)置高功函電極層(2)、有機紫外半導(dǎo)體層(3)和低功函電極層(4)構(gòu)成底探測器，其特征在于襯底(1)、高功函電極層(2)、有機紫外半導(dǎo)體層(3)和低功函電極層(4)分別是襯底(1)是Si基襯底、非晶玻璃襯底、石英襯底、多晶陶瓷襯底或是柔性塑料襯底；低功函電極層(4)由材料Na、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、Cd、Ca、 K、 Li、U、In、Cs、Gd、Hf、La、Mn、Nb、Pb、V或Zr單獨形成單質(zhì)電極，或是至少兩種的材料形成合金電極，或是不同單質(zhì)形成多層電極；有機紫外半導(dǎo)體層(3)由蒽、菲或芴，或者以它們?yōu)槟阁w的衍生物或以它們及它們的衍生物為單體形成的聚合物；高功函電極層(2)由材料Au、Cu、Cr、Ni、Co、C、Si、 Pd、Pt、Se、ITO、AZO、Fe、Ir或Os單獨形成單質(zhì)電極，或是至少兩種的材料形成合金電極，或是不同單質(zhì)形成多層電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，其特征在于功能層還包 括電子傳輸層(5 )和空穴傳輸層(6 )，電子傳輸層(5 )在探測器是頂探測時設(shè)置于低功函電 極層(4)上，在探測器是底探測時設(shè)置于低功函電極層(4)下；空穴傳輸層(6)在探測器是 頂探測時設(shè)置于高功函電極層(2)下，在探測器是底探測時設(shè)置于高功函電極層(2)上，其 中電子傳輸層(5)由材料 Alq3、TAZ、PBD、Beq2, DPVBi、Almq3、OXD, BND, PV、Gaq3、Inq3、 Znq2、Zn (BTZ)2, TPBI、TPBI、ATZL、TPQ、TRZCF3、Zn (ODZ)2, Zn (TDZ) 2，、Al (ODZ) 3、NPF-6、PSP 或SBBT單獨形成單層薄膜，或是至少兩種材料共蒸發(fā)形成復(fù)合材料薄膜，或是不同材料依 次蒸發(fā)形成不同厚度的組合薄膜；空穴傳輸層(6)由材料 TPD、Spiro-TPD, NPD、HTM、TPAC, TTB、NPB、Spiro-NPB, TPTE, TNB、NCB、BCB、IDB、ISB、PPD、TPOTA, MTDBB, TDAPB, BPAPF 或 PVK 單獨形成單層薄膜，或是 至少兩種材料共蒸發(fā)形成復(fù)合薄膜，或是不同材料依次蒸發(fā)形成不同厚度的組合薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，其特征在于功能層還包 括了電子收集層(7)和空穴收集層(8)，電子收集層(7)在探測器是頂探測時設(shè)置于低功函 電極層(4)上，在探測器是底探測時設(shè)置于低功函電極層(4)下；空穴收集層(8)在探測器 是頂探測時設(shè)置于高功函電極層(2)下，在探測器是底探測時設(shè)置于高功函電極層(2)上， 其中電子收集層(7)由材料 LiF、CsF、Na2O, K2O, Rb2O:Al、Na2O:Al、K2O:Al、Rb20:Al、Mg0、 MgF2^Al2O3或LiO2單獨形成單層薄膜，或是至少兩種材料共蒸發(fā)或共濺射形成復(fù)合薄膜，或 是不同材料依次共蒸發(fā)或共濺射形成不同厚度的組合薄膜；空穴收集層(8)由材料 CuPc、TiOPc、PEDOTPSS, m-MTDATA、2-TNATA、SiO2, SiOxNy, TiO2, PANI、PPY, TPD-Si2Cl、TPD-Si2OMe或Teflon單獨形成單層薄膜，或是至少兩種材料 共蒸發(fā)或共濺射形成復(fù)合薄膜，或是不同材料依次共蒸發(fā)或共濺射形成不同厚度的組合薄 膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，其特征在于有 機紫外半導(dǎo)體層材料蒽、菲或芴，或者以它們?yōu)槟阁w的衍生物或以它們及它們的衍生物為單體的聚合物被氧化劑或還原劑作用而形成受主或施主摻雜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，其特征在于各 功能層是通過熱蒸發(fā)、磁控濺射、脈沖激光沉積、溶膠_凝膠、電子束蒸發(fā)、溶液旋涂或溶液 印刷的方式形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，其特征在于各 功能層包括低功函電極層(4)、有機紫外半導(dǎo)體層(3)、高功函電極層(2)、電子傳輸層(5)、 空穴傳輸層(6)、電子收集層(7)和空穴收集層(8)，其每個功能層厚度大于Onm，小于等于 300nmo
全文摘要
光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光伏型的有機紫外半導(dǎo)體探測器。本發(fā)明的一種光伏型有機紫外半導(dǎo)體探測器，在特殊材料襯底上設(shè)置特殊材料各功能層構(gòu)成三層、五層或七層結(jié)構(gòu)。相對于光導(dǎo)探測器而言，光伏探測器具有響應(yīng)速度快、功耗低、易于形成陣列、無需偏置等優(yōu)勢。此外，有機半導(dǎo)體材料克服了無機半導(dǎo)體材料的缺點，使得制備成本更低，易于實現(xiàn)大面積、大陣列，光敏材料電阻率可控、無需制冷、可實現(xiàn)柔性加工，因此有機紫外光伏探測器在軍事、民用以及一些特定領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。
文檔編號H01L51/44GK101976728SQ20101029665
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者唐利斌, 姬榮斌, 宋立媛, 莊繼勝, 王憶鋒, 陳雪梅, 馬鈺 申請人:昆明物理研究所