基于电荷转移复合物的有机近红外光探测器基础研究

Organic near-infrared (NIR) photodetectors (PDs) have a good prospect in application in the field of telecommunications, medical treatment, national security, space, wireless communications and so on. In order to resolve problems of the difficulty of synthesizing new organic NIR materials, the low efficiencies of NIR PDs already prepared and so on, the project intends to propose a new method for the preparation of NIR PDs, that is a new type organic NIR PD device is innovatively designed making full use of the absorption in the NIR region of the charge transfer complexes formed by two or more kinds of organic compounds. Strong donor and acceptor are doped into the base material PVK, the film properties of which are analyzed for the device performance. Photon transport mechanism, working principle, microphysical processes and other issues are explored. On this basis, optimizing device structure and fabricating high efficient organic NIR PD with the response spectral region from 800 to 1600 nm, the EQE of above 8%, the response time of less than 50 ns, the spectific detectivity of the order of ten to the eleventh power is conducted, which provides a solid foundation for the practical application of organic NIR PDs.

有机近红外光探测器件在通讯、医疗、国家安全、空间、无线通信等各个领域都具有很好的应用前景。针对目前有机近红外新材料合成难度大以及制备的近红外光探测器效率低等问题，本项目拟提出一种制备近红外光探测器的新方法，即利用两种或多种有机材料形成的电荷转移复合物的近红外吸收设计新型的有机近红外光探测器。以PVK为基底材料，分别选用给电子能力强和受电子能力强的两类材料进行掺杂，分析选用材料的特性对器件性能的影响，探讨器件中的光子输运机制、工作原理和微观物理过程等问题；在此基础上，优化器件结构，制备响应波段在800-1600nm、外量子效率>8%、响应时间<50ns、比探测率在10(+11) 量级的高效率有机近红外光探测器，从而为有机近红外光探测器的实际应用提供坚实的基础。

有机近红外光电探测器在通讯、医疗、国家安全、空间、无线通信等各个领域都具有很好的应用前景。有机光电探测器可以克服无机光电探测器响应光谱范围难以调控、制备成本高等缺点，有望成为下一代光电探测器。针对目前有机近红外新材料合成难度大以及制备的近红外光电探测器效率低等问题，本项目研究了如何实现利用两种或多种有机材料形成的电荷转移复合物的近红外吸收设计新型的有机近红外光电探测器。将DCJTB、C60等多种材料掺杂在PVK中，研究了他们的近红外吸收光谱，研究发现通过掺杂在近红外区域出现微弱的近红外吸收，说明有电荷转移复合物的产生，不同掺杂材料生成的电荷转移复合物的吸收不同，跟掺杂材料的LUMO能级有一定相关性；研究了基于电荷转移复合物的有机近红外光电探测器实现问题。设计制备了基于DCJTB/C60多层器件结构的有机近红外光电探测器，可以很好地实现对980nm近红外光的探测；通过UPS和XPS探测技术，我们分析研究了DCJTB/C60界面的能级排列与电子结构。实验发现，DCJTB/C60/DCJTB之间低的电荷传输势垒有利于电子和空穴在两电极处得到有效的收集。通过本项目的实施，为电荷转移复合物在近红外光电探测器中的应用奠定基础，促进了有机近红外光电探测器的发展，具有重要的理论意义与应用价值。