基于MgAI共掺ZnO的有机光电器件研究

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随着有机聚合物光电探测器在军事、医学等领域的广泛应用,获取成本低且性能优异的有机聚合物光电探测器已成为当前的研究热点之一。ZnO因其宽带隙(3.37 eV)以及高激子结合能而广泛用于光催化、太阳能电池以及光电二极管。而ZnO NRs由于其结构特性可以增加器件的光散射能力而被广泛应用。有机聚合物光电器件作为一种监测光信号的光电器件,降低暗电流,减少薄膜缺陷是改善有机聚合物光电探测器的重要手段。为了改善ZnO NRs的薄膜质量及ZnO NRs有机聚合物光电探测器的光电性能,本论文进行了如下的研究工作:首先,研究了 一种通过溶液制备的n型取向Mg-Al共掺杂ZnO NRs(MAZO NRs)以及聚-3己基噻吩(P3HT)的混合聚合物光电探测器的加工制造方法。通过wxAMPS软件理论模拟后,发现Mg-Al共掺杂的ZnO NRs有机聚合物光电探测器拥有更优的整流比以及内建电场,对MAZO NRs有机聚合物光电探测器的空穴有明显的阻挡作用。实验结果表面,与掺杂Al的ZnO NRs(AZO NRs)薄膜以及300-800 nm的ZnO NRs薄膜相比,MAZO NRs薄膜显示出显着增强的光散射(平均Haze 15.37%)。有效的光捕获导致聚合物层的光吸收水平提高,从而影响有机聚合物光电探测器的器件性能。与AZO NRs有机聚合物光电探测器和ZnO NRs有机聚合物光电探测器相比,MAZO NRs有机聚合物光电探测器显示出最佳的整流比(52.6)和开关比。使得MAZO器件在625 nm下实现了 4.35*109 Jones的探测率和21.56 dB的线性动态区域。此外,研究了一种在聚合物光电探测器中通过水热法在n型取向MAZO NRs薄膜上生长MgO纳米团簇(MAMZONRs)的方法。与不含MgO纳米团簇的MAZO NRs薄膜相比,MAMZO NRs薄膜具有更好的直接透射率和抑制部分光散射。SEM结果显示了 MgO纳米团簇的分布,有效地提高了聚合物层的光吸收水平。结果表明,MAMZO NRs有机聚合物光电探测器具有更好的整流特性(整流比为226),是MAZO NRs有机聚合物光电探测器的两倍。同时,在460 nm(蓝光),525 nm(绿光)的开关比至少提高了 20倍以上,在625 nm(红光)也提高了 10倍以上。等效噪声功率(NEP)、归一化检测(D*)和线性动力区域(LDR)在可见光范围内都获得了大幅的提升。该研究结果为降低MAZO NRs聚合物光电探测器的暗电流和提高聚合物层的光吸收能力提供了一种简单的方法。
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