硅-有机半导体异质结宽光谱光敏二极管结构优化研究

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从紫外光(UV)到近红外光(NIR)范围的光学传感具有广泛的应用,包括成像,电信,生物医学,环境监测和国防军事,这就需要一种覆盖UV到NIR范围的宽光谱光敏二极管。然而,商业化的固态光敏二极管具有相对窄的响应光谱。例如,硅基光敏二极管仅适用于可见光/NIR范围,碳化硅(SiC)的光敏二极管一般用于UV范围。有机半导体材料具有低成本,制备简单和柔韧性好等优点,并且具有广泛的选择性。因此,将硅材料和有机材料相结合,利用不同材料之间吸收光谱的互补性,制备硅-有机半导体异质结宽光谱光敏二极管成为实现宽光谱光探测器的一种新方法。本论文主要集中在制备硅-有机半导体异质结宽光谱光敏二极管,并且对器件结构进行了优化,系统地对器件进行了测试和表征,完成了机理性的分析和讨论。本论文主要包括了以下两个方面的研究内容:(1)通过真空热蒸发的方法制备了基于p型硅(p-Si)/富勒烯(C60)/酞菁铜(CuPc):3,4,9,10-苝四酸二酐(PTCDA)/金电极(Au)结构的光敏二极管,利用p-Si和有机材料CuPc、PTCDA吸收光谱的互补性,实现了从紫外到近红外光的宽光谱响应。在空穴阻挡层C60的作用下,器件暗电流减小。当C60层厚度为10 nm时,器件暗电流减小至25.6μA,且比探测率达到最佳,在405 nm655nm的光谱范围内超过1011琼斯。(2)通过一步溶液法完成了对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰钙钛矿(CH3NH3PbI3)薄膜的制备,然后制备了基于p-Si/PVP修饰钙钛矿/C60/Au结构的宽光谱光敏二极管,利用p-Si和钙钛矿吸收光谱的互补性,实现了从紫外到近红外光的宽光谱响应。在空穴阻挡层C60的作用下,器件暗电流减小。当C60层厚度为10 nm时,暗电流减小至1.4μA,并且在405 nm808 nm波长范围内的比探测率达到了1011琼斯。
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