有机光电探测器的电学性能测试技术研究

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有机光电探测器(OPD)具有光谱可调、可溶液加工、大面积、高强度、轻质量、柔性和低成本等优势,在军事、航天和生物医疗等各个领域具有广泛的应用前景。此外,与传统的无机光电探测器相比,OPD可以使用具有颜色选择性吸收带的光敏材料,更容易实现全色选择性,在阵列成像领域具有重要的意义。由于OPD性能的优劣主要取决于其电学性能,其系统性评估对于器件研究具有重要意义。因此,本论文开展OPD电学性能测试平台设计及搭建研究,并对基于新型聚合物给体材料PCIG-SBDT制备的有机二极管型宽光谱OPD进行了电学性能测试研究。具体研究内容如下:(1)设计并搭建了OPD电学性能多参数(包含光谱-响应度、光谱-比探测率、线性动态范围、-3d B带宽、响应时间等)测试平台,并对其稳定性和可靠性进行了改进。采用硅与铟镓砷双标准探测器,搭配搭建覆盖了紫外、可见光与近红外(波长范围200-1900nm)的光谱-响应度、光谱-比探测率测试平台,基本满足宽光谱OPD的测试需求;设计的线性动态范围测试平台,在光源输出口增加了光学镜头,使光强输出在0.01lux至15000lux范围连续可调,线性动态范围达123d B;设计并制作了频率超过5000Hz的机械斩波器,并基于此斩波器搭建-3d B带宽与响应时间测试平台,满足-3d B带宽小于5000Hz(响应时间大于0.2ms)的OPD测试需求。此外,探索了不同种类OPD夹具对测试结果的影响,设计并制作了兼具高稳定性和便利性的磁吸式夹具;研究了几种不同的噪声屏蔽方法,基于光学平板制作了具有金属骨架和亚克力侧板的小型暗盒,能够有效屏蔽由环境光引起的噪声。(2)设计制备了宽光谱OPD,并采用搭建的测试平台对其电学性能进行研究。首先使用日本滨松生产的标准硅探测器S1133-01对搭建的测试平台进行验证,其光谱-响应度的测试结果与官方数据相一致;以新型聚合物给体PCIG-SBDT与非富勒烯受体ITIC-Th为活性材料,以Zn O为电子传输层,Mo O3为空穴传输层,设计了二极管型OPD,并依次采用旋涂,热蒸发工艺完成了器件的制备。器件的电学测试结果表明:其探测波段覆盖300nm至1100nm,对可见光与近红外都有较好的吸收能力,最高比探测率可在705nm达到4.29E13Jones;线性动态范围超过80.3d B;-3d B带宽及响应时间分别为701Hz和1.43ms。
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