基于二维MoS2/有机半导体异质结的光敏场效应管与光敏二极管的研究

摘要

有机半导体材料具有很多得天独厚的优势，例如可大面积制造、光吸收系数大、发光效率高、柔韧性良好、低成本等。具有广泛的潜在应用，如电子皮肤、无线电频率识别（RFID）、光电探测器。特别是，有机半导体材料在可见和近红外光区具有更好的光吸收和较高的消光系数,进而可以被用作光电器件的活性层，其活性层的厚度可以很薄，从而很容易地探测到光信号和显著增大光的入射角的范围。利用有机半导体材料的长处，有机光敏二极管（OPD）和有机光敏场效应晶体管（PhOFET）具有非常光明的应用前景。由于其独特的光学、电子和机械性能，二维结构的二硫化钼（MoS2）是二维半导体材料中最引人注目的材料之一。而目前，大多数研究集中在获得大面积和高质量的单层二硫化钼、和改善基于它的无机电子器件的性能，很少的研究集中在把二维材料与有机半导体材料的优点相结合在一起应用在光电子器件中。
　　本文首先介绍了二维结构 MoS2近些年的发展历程，以及 PhOFET和 OPD的基本结构和工作原理，包括衬底、各种相应的有机半导体材料以及器件的电极材料。围绕MoS2/并五苯平面异质结有机器件展开了以下具体的研究内容：
　　一、使用化学气相沉积（CVD）工艺生长二维结构的MoS2，并且经过X射线光电发射光谱（XPS），拉曼光谱和吸收光谱的测试结果表明合成的单层二硫化钼薄膜是具有高质量和较好的电子结构的。
　　二、制备了基于MoS2/并五苯平面异质结的PhOFET器件，器件的沟道层选用二维结构MoS2，光敏层采用并五苯（Pentacene）。对该器件进行了光照，研究了器件的光电性能。结果表明，基于MoS2/并五苯平面异质结的PhOFET器件表现出了优异的性能。在655 nm的光照以及栅压50 V和漏压50 V条件下，器件在入射光强为0.01μW的光响应度达到103 A/W，外量子效率达到195％，而在入射光强为30.4μW下光暗电流比为1.8×103。
　　三、研制了基于 MoS2/并五苯平面异质结的 OPD器件。研究了不同的顶电极材料（Au，Al）对器件性能的影响。结果表明，相比铝电极，金电极的功函数与并五苯的HOMO能级相适应，故而金电极的器件具有更为优异的性能。在655 nm的光照和反向偏压为15 V条件下，金电极器件在入射光强密度为0.015 mW/cm2下其光响应度达到0.31 A/W，外量子效率达到58.1%，而在入射光强密度为27.821 mW/cm2下光暗电流比约为9.1×105。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 二维结构MoS2的简介以及研究发展现状

1.3二维结构MoS2的制备方法

1.4 有机光敏场效应管

1.5 有机光敏二极管的基本结构

1.6 本文的选题和研究意义及主要工作

1.7 本章小结

第二章 二维结构二硫化钼/并五苯有机光敏场效应管

2.1 引言

2.2 有机光敏场效应管（PhOFET）制备

2.3 有机光敏场效应管器件性能表征

2.4 有机光敏场效应管性能原理分析

2.5本章小结

第三章 二维结构二硫化钼/并五苯异质结有机光敏二极管

3.1 引言

3.2 有机光敏二极管(OPD)制备

3.3 有机光敏二极管性能表征

3.4 有机光敏二极管性能结果分析

3.5 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

附录A 缩写词列表

附录B 物理量符号列表

在学期间研究成果

致谢