基于场效应晶体管结构的多功能有机光电器件研究

CIOMP OpenIR

	基于场效应晶体管结构的多功能有机光电器件研究
	李东伟
学位类型	博士
导师	刘星元
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	有机场效应晶体管发光晶体管光敏晶体管上转换异质结
摘要	有机光电子器件具有成本低、可大面积制备,以及良好的机械弯曲特性等特点,在柔性显示、节能照明、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。具有电开关特性的有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是柔性逻辑集成电路中不可或缺的基本结构单元,受到了人们的广泛关注。同时OFETs的场效应结构还使得其具有良好的电信号放大功能,因而也被视为实现高效柔性光探测与传感器件的重要途径。本论文以OFETs为器件结构基础,通过在器件功能层中引入不同类型的光敏层和发光层,构建了多种具有发光和光探测特性的多功能场效应器件。此外,通过采用有机/无机复合异质结作为光敏层,实现了在1.3μm-1.5μm波段具有良好光探测性能的有机光敏场效应晶体管(Photosensitive Organic Field Effect Transistor,PhOFET)。论文深入研究了不同功能层制备工艺、器件结构等对器件光学和电学特性的影响,对多功能器件的工作机理做了深入研究,具体研究内容和结论如下:1.光发射、光探测双功能OFETs器件的研制。在OFET中引入NPB(N,N′-di(naphthalene-1-yl)-N,N′-diphenyl-benzidine)紫外-可见光敏层和CBP:Ir(ppy)_3(4,4’-bis(carbazol-9-yl)biphenyl:Fac-tris(2-phenylpyridinato)iridium(III))绿光发射层,实现了同时具有光发射与光探测双功能的场效应器件。系统研究了光敏层厚度、入射光功率等不同因素对器件光探测和光发射性能的影响,并对器件工作机理进行了深入探讨。发现器件的光探测与光发射性能受NPB影响。通过优化器件制备工艺,器件的光电转换效率达到45360%,光响应度达到148 AW~(-1),光灵敏度达到2.1×10~3,响应时间几十到几百毫秒;发光亮度达到6324 cdm~(-2),外量子效率5.65%。进一步研究光照对器件发光性能的影响发现,光照使器件亮度由6324 cdm~(-2)提升到7195 cdm~(-2),发光效率由5.65%下降到5.39%。2.全有机近红外到可见光上转换发光场效应晶体管的研制。通过在常规OLEFET(Organic Light-Emitting Field-Effect Transistor)结构中引入VOPc(Vanadyl-phthalocyanine)近红外光敏层,实现了一种结构新颖紧凑、转换效率突出的近红外到可见光上转换发光器件。在808 nm近红外光照下,器件的上转换效率达到7%,是已报道全有机上转换器件的最高值。系统研究了VOPc光敏层制备工艺对薄膜结构、吸收光谱,进而对器件光电特性等的影响,发现VOPc薄膜由单斜晶系向三斜晶系转变有利于薄膜Q带吸收红移从而提高器件在近红外波段的光电特性。同时,研究了器件在不同入射光强、偏置电压等条件下的光电转化特性和上转换发光特性。对器件的上转换工作原理的深入探讨发现:场效应结构的电流放大机制以及发光晶体管良好的载流子输运及发光特性是器件获得高上转化效率的关键。3.OFETs结构红外波段光电探测器的设计与制备。采用金属氧化物(MoO_3)掺杂有机半导体材料形成有机/无机复合体异质结作为光敏层,构建了多种红外吸收较强的功能薄膜。通过研究MoO_3掺杂m-MTDATA(4,40,400-tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)triphenylamine)、NPB、2T-NATA(4,40,400-tris(N-2-naphthyl-N-phenyl-amino)triphenylamine)、TCTA((4,4′,4″-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine)等功能薄膜的掺杂比例对薄膜光吸收特性的影响,发现四种有机/无机复合异质结光敏层吸收峰位于1150nm~1560nm之间。进一步以2T-NATA:MoO_3异质结为光敏层构建了红外PhOFETs。研究发现MoO_3掺杂比越小,器件开关比越大,这主要是由于电荷在2T-NATA:MoO_3之间的转移减弱,产生的空穴载流子减少引起的。当2T-NATA:MoO_3掺杂比例为3:1时,器件在1310 nm光通信波段具有3.03 AW~(-1)的光响应度和228的光灵敏度,显示出了良好的红外光电探测性能。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61615
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李东伟. 基于场效应晶体管结构的多功能有机光电器件研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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基于场效应晶体管结构的多功能有机光电器件（7153KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文