基于半导体碳纳米管/有机半导体的可见-近红外高速高探测率光探测器研究

对可见-近红外光响应的光探测器在军事、工业和科研等领域具有非常重要的应用，受到国际上广泛的重视与研究。目前，为了探测可见-近红外光，需同时使用Si（0.45-0.9微米）和InGaAs（0.9-1.7微米）两个探测器，导致了系统的复杂性。因此宽光谱光探测器（对0.4-2微米光响应）受到了广泛关注，近年来国际上开展了无机量子点、有机高分子半导体等材料的宽光谱探测器研究，但是研制的这些探测器还存在响应的波长范围较窄，或探测率低，或响应速度慢等缺点。.本项目的目标是研制半导体碳纳米管/有机半导体高速高探测率宽光谱光探测器。利用密度梯度超速离心法提纯半导体性碳纳米管；利用不同管径的碳纳米管具有不同的能级；利用碳纳米管/富勒烯异质结可以高效的分离碳管中的光生激子，从而使研制的光伏型探测器具高探测率、响应速度快和宽光谱响应（0.4-2微米）的特点，实现其综合性能与Si和InGaAs光探测器相当。

利用光电倍增效应对微弱光信号进行探测和接收实现高灵敏光电器件在军事，医疗，科研等领域现有着广泛的需求。无机半导体中与光电倍增效应并存的是大的噪声，极大地限制了它们在实际中的应用。发展具有光电倍增效应的有机光电器件，对制备出高灵敏度、柔性、片以及宽光谱响应的新一代光电探测器具有指导性的作用。.本文采用传统的有机太阳能电池器件结构： ITO/PEDOT:PSS/C60/Al，成功地制备了快速响应，高探测率，可见光范围内的C60基光电探测器。在-2V偏压作用下，最佳器件的外量子效率(external quantum efficiency, EQE)达到了16000%，暗电流达到了10-5mA/cm2，光暗电流之比达到了104，探测率达到了2.3×1013 cmHz1/2/W，上升时间为6μs，下降时间为8μs。该器件的光谱响应范围为300-700nm。用界面载流子捕获模型来解释C60基光电探测器的光电倍增机制，实验结果与理论模型相符合。