搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器

杨丹 张丽 杨盛谊 邹炳锁

引用本文:
Citation:

基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器

杨丹, 张丽, 杨盛谊, 邹炳锁

Low-voltage pentacene photodetector based on a vertical transistor configuration

Yang Dan, Zhang Li, Yang Sheng-Yi, Zou Bing-Suo
PDF
导出引用
  • 并五苯(Pentacene)具有优良的场效应晶体管特性及在可见光区的高吸收系数, 被广泛应用于光敏(电)晶体管中. 垂直晶体管的沟道长度可做到纳米量级, 能有效提高器件的性能和工作频率, 同时降低能耗. 本文制备了一种基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器ITO(S)/Pentacene/Al(G)/Pentacene/Au(D). 实验发现, 在工作电压低至-3 V时, 并五苯光电探测器ITO/Pentacene (80 nm)/Al(15 nm)/ Pentacene(80 nm)/Au 的阈值电压为-0.9 V, “开/关”电流比为104, 表现出了良好的P型晶体管特性以及低电压调控性能. 在350-750 nm的不同波长单色光照射下, 器件的“明/暗”电流比和响应度随入射波长而变化; 在350 nm单色光照射下, 该光电探测器的“明/暗”电流比的最大值达到308, 其对应的响应度为219 mA·W-1, 大于标准硅基探测器在350 nm 单色光照射下的探测率. 这为制备低电压下工作的高灵敏度全有机光电探测器提供了一种可行的方法.
    Due to the excellent characteristics of field-effect transistor and its high absorption coefficient in the visible region, pentacene has been widely used in phototransistors. The channel length of the vertical transistor could be designed to be very short (on the order of nanometers). In this way, the device performances and its working frequency can be effectively improved, and the energy consumption can be reduced simultaneously. In this paper, we fabricate a kind of low-voltage pentacene photodetector ITO(S)/Pentacene/Al(G)/Pentacene/Au(D), based on the vertical transistor configuration. The threshold voltage and “on/off” current ratio are -0.9 V and 104 at a low working-voltage of -3 V, respectively. The pentacene photodetector ITO/Pentacene(80 nm)/Al(15 nm)/Pentacene (80 nm)/Au exhibits a good p-type transistor behavior and low-voltage-controlling performance. The photosensitivity and responsivity vary with incident monochromatic light from 350 nm to 750 nm, and the photosensitivity peak of 308 is obtained at 350 nm with a responsivity of 219 mA·W-1, which is even higher than that of the standard Si-based photodetector under 350 nm incident light. Therefore, this work provides an easy way to fabricate a high sensitivity all-organic photodetector working at low voltages.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60777025)、北京市科技新星计划交叉学科合作(批准号: XXHZ201204)、北京理工大学杰出中青年教师支持计划(批准号: BIT-JC-201005)和“111”引智计划(批准号: BIT111-201101)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60777025), the Cooperation Project of Beijing Nova Program, China (Grant No. XXHZ201204), the Foundation of Distinguished Teacher, China (Grant No. BIT-JC-201005) and the “111” Research Base at Beijing Institute of Technology, China (Grant No. BIT111-201101).
    [1]

    Yang S Y, Zou B S 2013 Org. Electron. 14 362

    [2]

    Ben-Sasson A J, Greenman M, Roichman Y, Tessler N 2014 Isr. J. Chem. 54 568

    [3]

    Yang S Y, Du W S, Qi J R, Lou Z D 2009 Acta Phys. Sin. 58 3427 (in Chinese) [杨盛谊, 杜文树, 齐洁茹, 娄志东 2009 物理学报 58 3427]

    [4]

    Mukherjee B, Mukherjee M, Choi Y, Pyo S 2010 Appl. Mater. Interfaces 2 1614

    [5]

    Maiellaro G, Ragonese E, Gwoziecki R, Jacobs S, Marjanovic N, Chrapa M, Schleuniger J, Palmisano G 2014 IEEE. Trans. Circuits-I. 61 1036

    [6]

    Chai Y H, Guo Y X, Bian W, Li W, Yang T, Yi M D, Fan Q L, Xie L H, Huang W 2014 Acta Phys. Sin. 63 027302 (in Chinese) [柴玉华, 郭玉秀, 卞伟, 李雯, 杨涛, 仪明东, 范曲立, 解令海, 黄维 2014 物理学报 63 027302]

    [7]

    Noh Y Y, Kim D Y 2007 Solid-State Electron. 51 1052

    [8]

    Yang Y, Costa R C D, Fuchter M J, Campbell A J 2013 Nat. Photon. 7 634

    [9]

    Yang D, Zhang L, Yang S Y, Zou B S 2013 IEEE Photon. J. 5 6801709

    [10]

    Zhang L, Yang D, Yang S Y, Zou B S 2014 Appl. Phys. A 116 1511

    [11]

    Yang C Y, Cheng S S, Ou T M, Wu M C, Wu C H, Chao C H, Lin S Y, Chan Y J 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 54 1633

    [12]

    Johnston D E, Yager K G, Nam C Y, Ocko B M, Black C T 2012 Nano Lett. 12 4181

    [13]

    Giri G, Park S, Vosgueritchian M, Shulaker M M, Bao Z N 2014 Adv. Mater. 26 487

    [14]

    Zhao G, Cheng X M, Tian H J, Du B Q, Liang X Y, Wu F 2012 Acta Phys. Sin. 61 218502 (in Chinese) [赵赓, 程晓曼, 田海军, 杜博群, 梁晓宇, 吴峰 2012 物理学报 61 218502]

    [15]

    Kim K H, Bae S Y, Kim Y S, Hur J A, Hoang M H, Lee T W, Cho M J, Kim Y, Kim M, Jin J I, Kim S J, Lee K, Lee S J, Choi D H 2011 Adv. Mater. 23 3095

    [16]

    Okur S, Yakuphanoglu F,Stathatos E 2010 Microelectronic Engineering 87 635

    [17]

    Liu X H, Dong G F, Duan L, Wang L D, Qiu Y 2012 J. Mater. Chem. 22 11836

    [18]

    Kudo K, Wang D X, Iizuka M, Kuniyoshi S, Tanaka K 2000 Synth. Met. 111–112 11

    [19]

    Nishizawa J, Terasaki T, Shibata J 1975 IEEE Trans. Electron Dev. ED-22 185

    [20]

    Kang H S, Choi C S, Choi W Y, Kim D H, Seo K S 2004 Appl. Phys. Lett. 84 3780

    [21]

    Saragi T P I, Pudzich R, Fuhrmann T, Salbeck J 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2334

    [22]

    Hamilton M C, Kanicki J 2004 IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 10 840

    [23]

    Blanchet G B, Fincher C R, Malajovich I 2003 J. Appl. Phys. 94 6181

  • [1]

    Yang S Y, Zou B S 2013 Org. Electron. 14 362

    [2]

    Ben-Sasson A J, Greenman M, Roichman Y, Tessler N 2014 Isr. J. Chem. 54 568

    [3]

    Yang S Y, Du W S, Qi J R, Lou Z D 2009 Acta Phys. Sin. 58 3427 (in Chinese) [杨盛谊, 杜文树, 齐洁茹, 娄志东 2009 物理学报 58 3427]

    [4]

    Mukherjee B, Mukherjee M, Choi Y, Pyo S 2010 Appl. Mater. Interfaces 2 1614

    [5]

    Maiellaro G, Ragonese E, Gwoziecki R, Jacobs S, Marjanovic N, Chrapa M, Schleuniger J, Palmisano G 2014 IEEE. Trans. Circuits-I. 61 1036

    [6]

    Chai Y H, Guo Y X, Bian W, Li W, Yang T, Yi M D, Fan Q L, Xie L H, Huang W 2014 Acta Phys. Sin. 63 027302 (in Chinese) [柴玉华, 郭玉秀, 卞伟, 李雯, 杨涛, 仪明东, 范曲立, 解令海, 黄维 2014 物理学报 63 027302]

    [7]

    Noh Y Y, Kim D Y 2007 Solid-State Electron. 51 1052

    [8]

    Yang Y, Costa R C D, Fuchter M J, Campbell A J 2013 Nat. Photon. 7 634

    [9]

    Yang D, Zhang L, Yang S Y, Zou B S 2013 IEEE Photon. J. 5 6801709

    [10]

    Zhang L, Yang D, Yang S Y, Zou B S 2014 Appl. Phys. A 116 1511

    [11]

    Yang C Y, Cheng S S, Ou T M, Wu M C, Wu C H, Chao C H, Lin S Y, Chan Y J 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 54 1633

    [12]

    Johnston D E, Yager K G, Nam C Y, Ocko B M, Black C T 2012 Nano Lett. 12 4181

    [13]

    Giri G, Park S, Vosgueritchian M, Shulaker M M, Bao Z N 2014 Adv. Mater. 26 487

    [14]

    Zhao G, Cheng X M, Tian H J, Du B Q, Liang X Y, Wu F 2012 Acta Phys. Sin. 61 218502 (in Chinese) [赵赓, 程晓曼, 田海军, 杜博群, 梁晓宇, 吴峰 2012 物理学报 61 218502]

    [15]

    Kim K H, Bae S Y, Kim Y S, Hur J A, Hoang M H, Lee T W, Cho M J, Kim Y, Kim M, Jin J I, Kim S J, Lee K, Lee S J, Choi D H 2011 Adv. Mater. 23 3095

    [16]

    Okur S, Yakuphanoglu F,Stathatos E 2010 Microelectronic Engineering 87 635

    [17]

    Liu X H, Dong G F, Duan L, Wang L D, Qiu Y 2012 J. Mater. Chem. 22 11836

    [18]

    Kudo K, Wang D X, Iizuka M, Kuniyoshi S, Tanaka K 2000 Synth. Met. 111–112 11

    [19]

    Nishizawa J, Terasaki T, Shibata J 1975 IEEE Trans. Electron Dev. ED-22 185

    [20]

    Kang H S, Choi C S, Choi W Y, Kim D H, Seo K S 2004 Appl. Phys. Lett. 84 3780

    [21]

    Saragi T P I, Pudzich R, Fuhrmann T, Salbeck J 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2334

    [22]

    Hamilton M C, Kanicki J 2004 IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 10 840

    [23]

    Blanchet G B, Fincher C R, Malajovich I 2003 J. Appl. Phys. 94 6181

  • [1] 赵一默, 黄志伟, 彭仁苗, 徐鹏鹏, 吴强, 毛亦琛, 余春雨, 黄巍, 汪建元, 陈松岩, 李成. 超薄介质插层调制的氧化铟锡/锗肖特基光电探测器. 物理学报, 2021, 70(17): 178506. doi: 10.7498/aps.70.20210138
    [2] 安涛, 薛佳伟, 王永强. 基于苯并二噻吩聚合物所制备的三元光电探测器的特性. 物理学报, 2021, 70(5): 058801. doi: 10.7498/aps.70.20201185
    [3] 孟宪成, 田贺, 安侠, 袁硕, 范超, 王蒙军, 郑宏兴. 基于二维材料二硒化锡场效应晶体管的光电探测器. 物理学报, 2020, 69(13): 137801. doi: 10.7498/aps.69.20191960
    [4] 周广正, 李颖, 兰天, 代京京, 王聪聪, 王智勇. 垂直腔面发射激光器与异质结双极型晶体管集成结构的设计和模拟. 物理学报, 2019, 68(20): 204203. doi: 10.7498/aps.68.20190529
    [5] 安涛, 涂传宝, 龚伟. 具有光电倍增的宽光谱三相体异质结有机彩色探测器. 物理学报, 2018, 67(19): 198503. doi: 10.7498/aps.67.20180502
    [6] 郑加金, 王雅如, 余柯涵, 徐翔星, 盛雪曦, 胡二涛, 韦玮. 基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器. 物理学报, 2018, 67(11): 118502. doi: 10.7498/aps.67.20180129
    [7] 赵宏宇, 王頔, 魏智, 金光勇. 毫秒脉冲激光致硅光电二极管电学损伤的有限元分析及实验研究. 物理学报, 2017, 66(10): 104203. doi: 10.7498/aps.66.104203
    [8] 张宇河, 牛冬梅, 吕路, 谢海鹏, 朱孟龙, 张红, 刘鹏, 曹宁通, 高永立. 2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩在Cu(100)上的吸附生长以及能级结构演化. 物理学报, 2016, 65(15): 157901. doi: 10.7498/aps.65.157901
    [9] 张红, 牛冬梅, 吕路, 谢海鹏, 张宇河, 刘鹏, 黄寒, 高永立. 2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩/Ni(100)的界面能级结构随薄膜厚度的演化. 物理学报, 2016, 65(4): 047902. doi: 10.7498/aps.65.047902
    [10] 梁振江, 刘海霞, 牛燕雄, 尹贻恒. 基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及 性能分析. 物理学报, 2016, 65(13): 138501. doi: 10.7498/aps.65.138501
    [11] 聂国政, 邹代峰, 钟春良, 许英. 内嵌CuO薄膜对并五苯薄膜晶体管性能的改善. 物理学报, 2015, 64(22): 228502. doi: 10.7498/aps.64.228502
    [12] 徐佳佳, 胡春光, 陈雪娇, 张雷, 傅星, 胡小唐. 有机半导体薄膜生长原位实时测量方法的研究. 物理学报, 2015, 64(23): 230701. doi: 10.7498/aps.64.230701
    [13] 张宣妮, 张淳民, 艾晶晶. 四分束风成像偏振干涉仪信噪比的研究. 物理学报, 2013, 62(3): 030701. doi: 10.7498/aps.62.030701
    [14] 霍文娟, 谢红云, 梁松, 张万荣, 江之韵, 陈翔, 鲁东. 单载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器的研究. 物理学报, 2013, 62(22): 228501. doi: 10.7498/aps.62.228501
    [15] 胡子阳, 程晓曼, 吴仁磊, 王忠强, 侯庆传, 印寿根. 基于垂直结构的有机光发射晶体管制备与性能研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2734-2738. doi: 10.7498/aps.59.2734
    [16] 李健军, 郑小兵, 卢云君, 张伟, 谢萍, 邹鹏. 硅陷阱探测器在350—1064 nm波段的绝对光谱响应度定标. 物理学报, 2009, 58(9): 6273-6278. doi: 10.7498/aps.58.6273
    [17] 杨盛谊, 杜文树, 齐洁茹, 娄志东. 基于NPB的垂直构型有机发光晶体管的光电特性研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3427-3432. doi: 10.7498/aps.58.3427
    [18] 袁广才, 徐 征, 赵谡玲, 张福俊, 姜薇薇, 黄金昭, 宋丹丹, 朱海娜, 黄金英, 徐叙瑢. 对以并五苯和酞菁铜为不同有源层的有机薄膜晶体管特性研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5911-5917. doi: 10.7498/aps.57.5911
    [19] 郭树旭, 王 伟, 石家纬. 并五苯同质异相体中分子间势能与能带计算. 物理学报, 2007, 56(7): 4085-4088. doi: 10.7498/aps.56.4085
    [20] 王业亮, 时东霞, 季 威, 杜世萱, 郭海明, 刘虹雯, 高鸿钧. 并五苯分子在Ag(110)表面成膜过程中的结构研究. 物理学报, 2004, 53(3): 877-882. doi: 10.7498/aps.53.877
计量
  • 文章访问数:  5801
  • PDF下载量:  1178
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-01
  • 修回日期:  2014-11-24
  • 刊出日期:  2015-05-05

/

返回文章
返回