基于酞菁氧钒的有机近红外探测器研究

本文在高温条件下基于酞菁氧钒（VOPc）制备了性能更好的有机近红外光电探测器。在10.7mW/cm2

，867.7nm近红外光照射下，优化过后的有机近红外光电探测器在10V的偏压下产生的光生电流值为1.4mA/cm2，相对应的探测率为5.4*1010

cm.HZ1/2

/W。该器件的高性能原因主要原因是高温条件下VOPc和C60能带间提供了较大的补偿。

近红外探测技术随着时代的发展和科技的进步，被广泛的应用到人们日常的医学，工业，生物，地质等领域，由于传统方法制造的器件工艺复杂。而有机近红外光电探测器有比较低的生产成本，简易的制备工艺等优点而被大量研究。首先，有机半导体能带理论应该进一步完善。第二，因为近红外探测类产品在国家计划和民营生活中占据特别重要的地位，而且应用的价值很强，但是有机近红外探测器技术仍然不够成熟，比如在ITO表面的有机半导体材料制备的薄膜生长控制工艺，和电极与有机分子的最适宜匹配的问题等。

应对以上问题，本文采用VOPc与C60分别为给受体材料，同时采用PEDOT:PSS修饰ITO基底，制备了结构不同的有机近红外光电探测器。阳极修饰层的存在影响了VOPc晶粒的形成和薄膜的生长情况，而且对载流子的传输和电极对电荷的收集都起到了相对积极地作用，使得器件的响应度和探测率在近红外波段内都有较大幅度的提高，从而改善优化器件的性能。

1 实验

实验中使用到的材料大部分都可以在市场上直接的购买。第一，我们对于ITO的选择，我们选择的是电阻为15Ω/cm2，对应尺寸为边长2.45cm的正方形，分别使用玻璃清洗剂，丙酮，无水乙醇，去离子水。反复清洗，保证ITO表面无污染物和清洗剂干涸的印记，最后使用氮气吹干至没有水滴，再用UV-Ozone表面处理仪，对ITO表面进行光清洁，优化ITO表面性能，接着把ITO放入匀胶机内，把基片吸附在托盘上，保证ITO基底上铺满一层PEDOT:PSS溶液。采用两步法，使ITO达到薄膜均匀且平整的目标。

把处理好的ITO放入蒸镀机内，将所用药品分别放入源炉内，启动各个真空系统，待机体内的真空度降至5*10-4pa以下，然后蒸镀器件的各个分层，用石英晶振探头对各层膜厚进行观测，方便了解并控制薄膜的生长情况。Vopc和C60有机层的蒸镀速率控制在5A/2s，AL的电极层蒸镀速率控制在5A/2s左右，最后我们得到的器件结构为：ITO/PEDOT:lPSS/VOPc/C60/AL。

2 结论与讨论

2.1 不同温度对VOPc的薄膜形貌影响

图1所示给出了VOPc薄膜在不同温度，分别为常温基底与150℃基底的形貌图。从图中可以看到，在PEDOT:PSS修饰过的150℃条件上的20nm的薄膜晶粒密集度更高，从而对空穴的传输与电子的阻挡是有利的。

• 108 •

2.2 近红外探测器件性能

在光照强度为10mW/cm2的857.7nm长的近红外光照射下，分别为常温基底和春基150℃基底的器件，可知在10V的偏压下经理于过的高温器件光电流密度为1.4mA/cm2，工大酞与常温条件光电流0.08mA/cm2相比，光电学菁流密度是被激子的解离，和电荷注入电理学氧极的效率所影响。高温将VOPc与ITO院的势垒缩小，比较有利于空穴的注入， 钒电荷的吸收效率被阳极提高的同时，也张的钰会减少空穴和电子的再复合的概率，因泉

有此光电流会有所提升，相对于暗电流而机言，150℃器件较常温条件制备的器件近较小幅度的缩小。

红可以看出，150℃基底温度会促进外VOPc晶粒的生长，提高电阻率，温度的提探升同是也提升了器件的信噪比，由于探测测率公式，所以计算高温基底器器件的探测率，计算得出5.4*1010cm.H研Z1/2/W，较常温相比有大幅度的提高。究常温基底VOPc（20nm） 150℃基底VOPc（20nm）

图1 不同温度对VOPc的薄膜形貌影响

3 结论

本文通过150℃高温条件制备了高性能的VOPc近红外探测器。相对于常温，高温环境对ITO表面性能和电学接触性能的改善，使得高温条件制备的器件的光响度和光电流密度都有大幅度的提高，并通过原子力显微镜观察比较表面有机小分子表面生长情况证实高温环境更有利于有机小分子表面的生长，最后对比两种器件的性能，表明高温条件下应用可以提高有机近红外探测器的性能。