[發(fā)明專利]一種基于膠體量子點(diǎn)的紅外光電探測器及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010539485.3
• 申請(qǐng)日: 2010-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN102110736A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊盛誼;趙娜;鄒炳鎖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/101
• 分類號(hào): H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/0256;H01L31/18;C08L25/18;C08L65/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;郭德忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于膠體量子點(diǎn)的紅外光電探測器及其制備方法，屬于光電探測器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，有機(jī)-無機(jī)復(fù)合光電導(dǎo)器件的研究受到了國內(nèi)外科研工作者的廣泛關(guān)注，并取得了許多研究成果。隨著對(duì)半導(dǎo)體納米晶的制備技術(shù)及其性質(zhì)研究的突破，推動(dòng)了納米晶/聚合物復(fù)合器件的發(fā)展，人們紛紛將半導(dǎo)體納米晶與有機(jī)聚合物相復(fù)合并應(yīng)用于光電導(dǎo)器件的研究。

半導(dǎo)體納米晶由于具有量子尺寸效應(yīng)使其吸收光譜的峰位可以通過控制量子點(diǎn)的尺寸和形貌進(jìn)行調(diào)節(jié)，有機(jī)聚合物可以通過溶液甩膜方式在襯底上成膜，具有工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于光電器件的制作中。另外，有機(jī)聚合物本身具有相對(duì)較大的激子束縛能以及低的電子遷移率等特性。因此將半導(dǎo)體納米晶與有機(jī)(聚合物)材料復(fù)合并制備有機(jī)-無機(jī)復(fù)合光電導(dǎo)器件是目前應(yīng)用研究的熱點(diǎn)之一。這種光電導(dǎo)器件是構(gòu)建施主-受主異質(zhì)結(jié)的器件，在兩種材料的界面處要求存在著由于電子親合能和離化能之差形成的靜電力，這就要求聚合物分子的電子親合勢(shì)和離化能比納米晶要大，這樣才會(huì)形成內(nèi)建電場，從而驅(qū)使電荷分離。如果勢(shì)能差大于激子束縛能，這些局域內(nèi)電場會(huì)很強(qiáng)并使光生激子解離。另外，硫化鉛(PbS)是一種重要的直接窄禁帶半導(dǎo)體材料，在室溫下，其禁帶寬度約為0.4eV，其波爾激子半徑則相對(duì)較大(～18nm)。這些特性使PbS對(duì)紅外輻射很敏感，相對(duì)于其他溶液法制備的半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料，PbS表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)而被廣泛用作為紅外探測材料。另外，由于MEH-PPV具有較低的離化勢(shì)能(約在4.9eV和5.1ev之間)以及PCBM具有很好的空穴傳輸性能。因此，我們選用MEH-PPV和PCBM來作為載流子受體及載流子傳輸材料，并用PbS量子點(diǎn)來敏化它們，從而使器件的吸收光譜擴(kuò)展到紅外波段。此外，MEH-PPV與PbS量子點(diǎn)之間相近的HOMO能級(jí)以及PCBM與PbS量子點(diǎn)之間相近的LUMO能級(jí)分別有利于量子點(diǎn)產(chǎn)生的空穴和電子向相應(yīng)電極的傳輸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種基于膠體量子點(diǎn)的紅外光電探測器及其制備方法，即利用膠體量子點(diǎn)PbS摻入到有機(jī)聚合物或有機(jī)聚合物的混合物中使其對(duì)太陽光的吸收增強(qiáng)并將其吸收光譜由可見光波段拓展到紅外波段，從而增強(qiáng)了光電流強(qiáng)度、進(jìn)而提高紅外光電探測器靈敏度的制備技術(shù)和方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種基于膠體量子點(diǎn)的紅外光電探測器，包括氧化銦錫(ITO)玻璃、PEDOT:PSS空穴注入層、有機(jī)活性層和電極；其中有機(jī)活性層包括膠體量子點(diǎn)和有機(jī)聚合物；

上述的PEDOT:PSS是由PEDOT和PSS兩種物質(zhì)構(gòu)成，PEDOT是EDOT(3，4-乙撐二氧噻吩單體)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽，PEDOT和PSS的質(zhì)量比為1∶2.5；

上述膠體量子點(diǎn)為吸收峰在紅外波段(波長大于800nm)的半導(dǎo)體材料，優(yōu)選為PbS；

上述的有機(jī)聚合物為MEH-PPV和PCBM的混合物；

其中MEH-PPV為Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1，4-phenylenevinylene]，PCBM為[6，6]-Phenyl?C₆₁butyric?acid?methyl?ester；膠體量子點(diǎn)、MEH-PPV和PCBM的質(zhì)量比為2∶1∶4；

上述電極為功函數(shù)小于等于4.3eV的金屬電極優(yōu)選為鋁電極、多層金屬電極優(yōu)選為Ca/Al或者金屬合金優(yōu)選為Mg/Ag合金；

上述的紅外光電探測器還可以包括電子傳輸層和空穴傳輸層。

本發(fā)明的一種基于膠體量子點(diǎn)的紅外光電探測器的制備方法，具體步驟為：

在ITO玻璃表面旋涂一層PEDOT:PSS空穴注入層，然后真空烘烤，烘烤溫度為110～130℃，烘烤時(shí)間為10～30min；再在PEDOT:PSS空穴注入層上旋涂一層有機(jī)活性層；最后真空條件下在有機(jī)活性層上蒸鍍電極，即得到紅外光電探測器。

還可以通過設(shè)計(jì)ITO和電極不同的圖案得到場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的紅外光電探測器。

有機(jī)活性層中的有機(jī)聚合物或膠體量子點(diǎn)吸收光子后，使得電子很容易由PbS轉(zhuǎn)移到PCBM上，而空穴很容易由PbS轉(zhuǎn)移到MEH-PPV上，這樣就實(shí)現(xiàn)了電荷分離，由此可以看出這種界面電荷的轉(zhuǎn)移和分離可以降低激子的復(fù)合速率，從而增加器件的光電導(dǎo)率。