[發明專利]有機異質結薄膜光敏電阻與基于有機共軛分子的光敏分壓器

有效

• 申請號: 201510166195.1
• 申請日: 2015-04-09
• 公開（公告）號: CN104868055B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 劉云圻;王翰林;程誠;胡文平;于貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種有機異質結薄膜光敏電阻與基于有機共軛分子的光敏分壓器。

背景技術

光敏電阻、又被稱為光電池，是一種將光照輻射轉化為電信號的基本電子元件。具體地說，當波長與其有源層半導體帶隙相匹配情況的入射光照射光敏電阻時，其電阻值會發生急劇減小的特性，稱之為光電導。在國民生活、生產中，通過將光敏電阻嵌入電路中，可以獲得光控自動開關路燈、防盜報警器以及工業照相機的電子快門。對可見光波段(380納米—780納米)敏感的光敏電阻通常采用硫化鎘、硒化鎘等鎘化合物作為光導體。長期接觸鎘及其化合物會損害人呼吸道、肝和腎臟，歐盟已于2006年實施《關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令》，嚴格限制鎘在電子電機產品中的使用。有機共軛分子在可見光波段具有光電導現象、化學穩定性高、原料可大量獲得，是一種具有潛力替代鎘化合物的環保光導體。

基于有機染料工業上常見的兩類有機共軛分子，苝酰亞胺類化合物和酞菁類化合物，采用其垂直異質結和共平面、下電極的器件結構制備了有機光敏電阻。我們發現該異質結光敏電阻的可見光照/黑暗下的線性動態范圍最高可達81dB，分別比單一組分的苝酰亞胺和酞菁光敏電阻的線性動態范圍46dB和14dB有大幅度提高。基于這三類光敏電阻的差異化的線性動態范圍(光電導能力)，采用光電導性能極佳的異質結光敏電阻和光電導性能差的酞菁電阻串聯成功制備出了基于全有機共軛分子的光敏分壓器，該分壓器具有在光照下輸出動態高電平，無光照下輸出低電平的能力，為今后的基于全有機共軛分子構建的光傳感器電路打下了技術基礎。該技術解決了兩個難題：制備了高線性動態范圍的平面結構的有機異質結薄膜光敏電阻和利用差異化的光電導性能，成功地克服了有機共軛分子的高阻抗不易集成的特點，找到了電阻范圍與有機光敏電阻匹配的酞菁電阻，獲得了高光靈敏度的有機共軛分子的分壓器。

發明內容

本發明的目的是提供一種有機異質結薄膜光敏電阻與基于有機共軛分子的光敏分壓器。

本發明提供的異質結薄膜電阻，由下至上依次由基底、襯底、圖案化的金屬電極層和異質結薄膜組成；

所述異質結薄膜由下至上依次為氮，氮-二辛基-3,4,9,10-苝酰亞胺(以下簡稱苝酰亞胺)薄膜和酞菁銅或酞菁薄膜。

上述異質結薄膜電阻中，氮，氮-二辛基-3,4,9,10-苝酰亞胺、酞菁銅和酞菁的結構式圖如1所示。

構成所述基底的材料選自硅片、玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚對萘二甲酸乙二醇酯中的至少一種；

構成所述襯底的材質選自聚丙烯腈薄膜和聚苯氧醚薄膜中的至少一種；

構成所述金屬電極層的材料為金或銀；

所述金屬電極層的厚度為30nm-50nm；

所述苝酰亞胺薄膜的厚度為20nm-30nm；

所述酞菁銅或酞菁薄膜的厚度均為15nm-30nm。

本發明提供的制備所述異質結薄膜電阻的方法，包括如下步驟：

在所述基底上依次制備所述襯底、所述圖案化的金屬電極層后，在所述圖案化的金屬電極層上依次制備一層所述苝酰亞胺薄膜和所述酞菁銅或酞菁薄膜，得到所述異質結薄膜電阻。

上述方法中，制備所述襯底的方法為各種常規方法，如旋涂法；

制備所述圖案化的金屬電極層、所述苝酰亞胺薄膜、所述酞菁銅或酞菁薄膜的方法均為各種常規方法，如真空熱蒸鍍法；所述真空熱蒸鍍法中，真空度具體可為3×10^-4帕，蒸鍍速度具體可為1埃/秒。

上述方法還包括如下步驟：在所述基底上制備所述襯底步驟之前，先將所述基底依次用洗滌劑、去離子水、乙醇和異丙醇清洗干凈。

在制備所述襯底步驟之后，制備所述圖案化的金屬電極層步驟之前，將所得襯底送入真空烘箱中120℃加熱1小時，以去除薄膜中殘留溶劑。

上述本發明提供的異質結薄膜電阻在光探測器和/或全有機共軛分子構建的圖像傳感器中的應用，也屬于本發明的保護范圍。其中，所述光探測器為光敏器件，具體為光敏分壓器。

本發明還要求保護一種光敏分壓器。該光敏分壓器由下至上依次由基底、襯底、圖案化的金屬電極層和電阻層組成；

其中，所述電阻層由共平面的前述本發明提供的異質結薄膜和酞菁薄膜組成，且所述異質結薄膜與所述酞菁薄膜II的連接方式為串聯；

所述異質結薄膜與所述酞菁薄膜II共用一段金屬電極。

上述光敏分壓器中，所述基底、襯底、圖案化的金屬電極層依次與前述基底、襯底、圖案化的金屬電極層相同；