CN111129312B - 双功能光敏-光记忆有机晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双功能光敏‑光记忆有机晶体管，包括衬底、双层薄膜以及电极，设置于第二薄膜层的上表面，其中，双层薄膜为有机半导体‑光致变色材料双层薄膜，第一薄膜层为光致变色材料薄膜层，第二薄膜为有机半导体层材料薄膜层；还提供了制备方法，包括如下步骤：制作衬底；使用丙酮、异丙醇依次对衬底进行超声清洗，再用乙醇和去离子水冲洗，而后用氮气吹干衬底的表面，得到处理后的衬底；在处理后的衬底上旋涂二芳基乙烯DAE，得到第一膜层，再在第一薄膜层上蒸镀二萘并噻吩酮DNTT，得到第二膜层，从而得到双层薄膜；在第二薄膜层上沉积金属，从而得到电极，进而得到有机半导体‑光致变色双层薄膜的双功能光敏‑光记忆有机晶体管。
Description
技术领域
本发明属于光敏传感器领域，具体涉及一种双功能光敏-光记忆有机晶体管及其制备方法。
背景技术
有机半导体（OSCs）因其光电性能、机械柔性、环境敏感性、低成本、大规模加工等优点而备受关注。有机场效应晶体管（OFETs）作为一种典型的基于有机半导体的器件，在柔性电路、化学传感器、存储系统等多个领域得到了广泛的研究。由于有机半导体分子的π-π共轭结构和带隙的存在，使得特定波长的光在有机场效应晶体管中被吸收并产生光电效应。基于有机半导体的初始光电特性和有机半导体层与介电层界面的捕获效应，有机光晶体管作为光电探测器、光存储单元和光突触晶体管等应用的基本单元得到了广泛的研究。对光敏有机场效应晶体管中的有机半导体的化学结构进行改性，可以调整其特征吸收波长，以实现不同的波长探测范围。在大多数报道的有机光敏晶体管中，利用具有强光敏性的添加剂和界面效应可以很容易地实现正向的光响应。
光响应器件中的逆向光响应是目前研究较少的，它可以实现光信息处理系统中的并行处理、波长识别等新功能。将光响应器件的性能从普通的正向光响应转变为逆向光响应是我们面临的一个挑战，因为入射光在有机半导体层中吸收的额外能量通常会在导电通道中产生更多的电荷载流子，从而增强输出信号（增加器件电流）。此外，在人工智能系统中，设计具有巨大潜力的多功能有机场效应晶体管是很有必要的。溶液处理和热蒸发技术使各种有机半导体层集成在一个器件中。迄今为止，光响应有机场效应晶体管的多个活性层的集成主要扩大了入射光谱的吸收范围。大多数报道的功能化有机场效应晶体管在光照条件下实现单一性能如光探测或光存储，限制了其在集成化的多功能系统中的应用。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种双功能光敏-光记忆有机晶体管及其制备方法。
本发明提供了一种双功能光敏-光记忆有机晶体管，用于逆向光响应逻辑电路，具有这样的特征，包括：衬底；双层薄膜，包括设置于衬底上表面的第一薄膜层以及覆盖于第一薄膜上方的第二薄膜层；以及电极，设置于第二薄膜层的上表面，其中，双层薄膜为有机半导体-光致变色双层薄膜，第一薄膜层为光致变色薄膜层，第二薄膜为有机半导体薄膜层。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管中，还可以具有这样的特征：其中，衬底为表面带有热氧化生长的厚度为300nm的二氧化硅的硅衬底。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管中，还可以具有这样的特征：其中，电极采用的材料为电极材料为金属导电材料。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管中，还可以具有这样的特征：其中，光致变色薄膜层为光活性层，采用的材料为二芳基乙烯DAE，有机半导体薄膜层为导电沟道，采用的材料为P型有机半导体的二萘并噻吩酮DNTT。
本发明还提供了一种双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，制作衬底；步骤2，使用丙酮、异丙醇依次对衬底进行超声清洗，再用乙醇和去离子水冲洗衬底，而后用氮气吹干衬底的表面，得到处理后的衬底；步骤3，在处理后的衬底上旋涂二芳基乙烯DAE，得到第一膜层，而后在第一薄膜层上蒸镀二萘并噻吩酮DNTT，得到第二膜层，从而得到有机半导体-光致变色双层薄膜；步骤4，在第二膜层上沉积金属，从而得到电极，进而得到有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，超声清洗的时间为半小时。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3包括如下子步骤：步骤3-1，将二芳基乙烯DAE溶于氯仿配成10mg/ml的溶液，然后用旋涂机以1000rpm/s的速度旋涂50s，在衬底上形成光致变色薄膜层，即第一薄膜层；步骤3-2，使用真空蒸镀仪进行热蒸镀，在第一膜层上形成P型的有机半导体薄膜层，即第二薄膜层。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，第二薄膜层的厚度为50nm。
在本发明提供的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4包括如下子步骤：采用掩膜版遮挡双层薄膜的顶部，并在真空蒸镀仪中将金属蒸镀到双层薄膜的上表面，从而得到电极。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的双功能光敏-光记忆有机晶体管，基于有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管的器件转移特性、器件电流等性能参数的变化，对于两种不同波长的单色光可以实现器件本身性能的调节转换，并且可以多次重复稳定操作，能过通过改变照射光的波长，使得双功能光敏-光记忆有机晶体管的行为可以在正向光探测和逆向光存储之间切换。
进一步地，根据本发明所涉及的一种有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管的制备方法，通过溶液-蒸镀层层镀膜策略，制备了具有双功能的有机半导体-光致变色材料的双层薄膜结构，并将其作为关键光敏活性层用于制备光响应晶体管。另外，由于本实施例的有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管能够利用其不同层对不同波长光的吸收及不同的响应特性，光致变色层的异构化、有机半导体层的电子-空穴转移特性，所以能够在一个晶体管上实现对不同波长光信息的特异性响应，在高集成度、多功能化光信息处理系统中具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的双功能光敏-光记忆有机晶体管的结构示意图；
图2是本发明的实施例中二萘并噻吩酮的化学结构图；
图3是本发明的实施例中二芳基乙烯的化学结构图；
图4是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的转移特性曲线；
图5是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的源漏电流对波长为365nm的光的响应情况示意图；
图6是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的源漏电流对波长为450nm的光的响应情况示意图；
图7是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的源漏电流在多次的光打开-光关闭操作下的变化情况示意图；
图8是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的转移曲线在不同强度的波长为365纳米的光照后的偏移情况示意图；
图9是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的转移曲线在不同强度的波长为450纳米的光照后的偏移情况示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图1是本发明的双功能光敏-光记忆有机晶体管的结构示意图。
如图1所示，本发明的一种双功能光敏-光记忆有机晶体管100，用于逆向光响应逻辑电路，包括：衬底10、双层薄膜20以及电极30。
衬底10为介电层或栅极层，可采用等离子清洗、臭氧清洗、单分子层自组装等表面处理技术进行处理。
本发明中，衬底10为表面带有热氧化生长的厚度为300nm的二氧化硅的硅衬底。
双层薄膜20包括设置于衬底上表面的第一薄膜层201以及覆盖于第一薄膜201上方的第二薄膜层202。
双层薄膜20为有机半导体-光致变色双层薄膜，第一薄膜层201为光致变色薄膜层，第二薄膜202为有机半导体薄膜层。
本发明中，光致变色薄膜层为光活性层，采用的材料以具有可变分子结构的二芳基乙烯DAE为主，例如二芳基全氟环戊烯，以全氟环戊烯为中心烯桥，两端连接可旋转的芳基侧链，可溶解于常规有机溶剂，例如三氯甲烷、氯苯等。
本发明中，有机半导体薄膜层为导电沟道，采用的材料以P型有机半导体的二萘并噻吩酮DNTT为主，可通过高真空中加热升华的方式在基底上面沉积成薄膜。
电极30设置于第二薄膜层202的上表面。
本发明中，电极30采用的材料为电极材料为金属导电材料，不限于金、银、铜、镉等金属。
本发明的一种双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，制作衬底10。
步骤2，使用丙酮、异丙醇依次对衬底10进行超声清洗，再用乙醇和去离子水冲洗衬底10，而后用氮气吹干衬底10的表面，得到处理后的衬底10。
本发明中，超声清洗的时间为半小时。
步骤3，在处理后的衬底10上旋涂二芳基乙烯DAE，得到第一膜层201，而后在第一薄膜层201上蒸镀二萘并噻吩酮DNTT，得到第二膜层202，从而得到有机半导体-光致变色双层薄膜，具体子步骤如下：
步骤3-1，将二芳基乙烯DAE溶于氯仿配成10mg/ml的溶液，然后用旋涂机以1000rpm/s的速度旋涂50s，在衬底上形成光致变色薄膜层，即第一薄膜层201；
步骤3-2，使用真空蒸镀仪进行热蒸镀，在第一膜层上形成P型的有机半导体薄膜层，即第二薄膜层202。
本发明中，第二薄膜层202的厚度为50nm左右。
步骤4，在第二膜层202上沉积金属，从而得到电极30，进而得到有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管100，具体子步骤如下：
采用掩膜版遮挡双层薄膜20的顶部，并在真空蒸镀仪中将金属蒸镀到双层薄膜20的上表面，从而得到电极30。
<实施例>
图2是本发明的实施例中二萘并噻吩酮的化学结构图，图3是本发明的实施例中二芳基乙烯的化学结构图。
本实施例中，衬底10为表面带有热氧化生长的厚度为300纳米的二氧化硅衬底，底下是重度氮掺杂的导电纯硅基底。光致变色薄膜层为二芳基全氟环戊烯，化学结构如图2所示，有机半导体薄膜层为二萘并噻吩酮，化学结构式如图3所示，本实施例中光致变色层通过溶液旋涂法制备，有机半导体层通过真空热蒸镀物理气相沉积法制备，电极由真空热蒸镀物理气相沉积法制备。
本实施例的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，制作衬底10。
步骤2，将衬底10依次浸没于丙酮和异丙醇中，分别超声清洗30min，然后使用大量的去离子水和无水乙醇进行冲洗，最后使用氮气枪吹干衬底10的表面，得到处理后的衬底10。
步骤3，采用二芳基全氟环戊烯，称重10mg溶解于1mL的氯仿中，二芳基全氟环戊烯迅速溶解，将配置好的10mg/mL上述溶液通过1mL移液管将溶液滴加到步骤1中处理后的衬底10表面，启动旋涂机，设置转速为3000转每分钟，旋涂时间为50秒，在衬底10表面上形成光致变色薄膜层，而后称取10mg二萘并噻吩酮，在压强为7×10-4Pa的高真空条件下，将二萘并噻吩酮蒸镀到光致变色薄膜层的表面上，制备成有机半导体薄膜层，在蒸镀过程中，真空蒸镀仪的基板温度保持在60℃。
步骤4，通过掩膜的方式，在压强为7×10-4Pa高真空的条件下 ，将金蒸镀到有机半导体薄膜层的表面形成电极，导电沟道长40μm，导电沟道宽1000μm。
图4是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的转移特性曲线。
制备完成后，在室温大气环境下，使用Keithley 4200型半导体测试仪和器件测试精密探针台，得到本实施例的有机半导体-光致变色的双层双功能光响应晶体管的转移特性曲线，如图4所示。
图4很好地展示了本实施例的有机半导体-光致变色的双层双功能光响应晶体管良好的晶体管特性。
制备得到的有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管为单元结构，制备一定数目，将其组成晶体管阵列，而后将需要识别的图像转化为阵列光点，每个光点具有特定光强，将该光阵列照射到有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管阵列上，收集每个晶体管单元的电流变化信息，则图像信息转化为了电流信息。通过选择入射光的波长，该波长为365nm或者450nm，我们可以选择将该图像信息储存起来，或者作为图像感知用于高灵敏度图像探测。
图5是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的源漏电流对波长为365nm的光的响应情况示意图，图6是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的源漏电流对波长为450nm的光的响应情况示意图。
图5和图6分别为采用本技术制备的有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管在-40V的源漏电压和-40V的栅极电压下对波长分别为365nm和450nm光照下的电流响应测试。
测试过程如下：将有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管放置在探针台的基板上，通过调节探针移动旋钮，将三个探针分别与晶体管的源电极、漏电极和栅电极连接，探针台与Keithley 4200型半导体测试仪器相连，调节测试器件工作后，将遮光盖子盖住探针台上的透明玻璃罩子，打开测试光源，调节光栅使得光照波长维持在365nm或者450nm，测试晶体管在源漏电压为-40V，栅极电压为-40V条件下的电流输出信号，并将该电流输出信号作为电信号，待电流输出信号稳定后，将固定好波长的单色光照射到晶体管表面，记录晶体管对两种波长的单色光的响应情况。
图7是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的源漏电流在多次的光打开-光关闭操作下的变化情况示意图，图8是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的转移曲线在不同强度的波长为365纳米的光照后的偏移情况示意图，图9是本发明的实施例中采用本发明的制备方法制备得到的双层双功能光响应晶体管的转移曲线在不同强度的波长为450纳米的光照后的偏移情况示意图。
在电流-时间曲线测试实验中使用的单色光波长为365nm和450nm，单色光的强度固定为0.5毫瓦每平方厘米，照射时间固定为300秒和10秒。当晶体管受到365nm的单色光照射时，晶体管的电流微弱地上升之后迅速减小，当把单色光关闭后，晶体管的电流保持在很低的状态。当晶体管受到450nm的单色光照射时，晶体管的电流迅速增大，当把单色光关闭后，晶体管的电流迅速回到初始状态的大小。图7很好地说明了该晶体管的可重复使用特性并且保持了良好的响应特性。说明了该晶体管对于365nm和450nm波长的单色光具有不同的响应性能，可以用于探测450nm的光信号、存储365nm的光信息。图8和图9是不同该晶体管的转移特性曲线对不同强度的单色光的响应偏移情况。图8中，随着365nm单色光光照强度的不断增大，该晶体管的转移特性曲线不断向负方向偏移，证明该晶体管在365nm的光照下转移特性被削弱。图9中，随着450nm单色光光照强度的不断增大，该晶体管的转移特性曲线不断向正方向偏移，证明该晶体管在450nm的光照下转移特性不断增强。
此外，从附图8中可以算出在栅极电压为-40V时，双层双功能光响应晶体管具有超低的Iphoto/Idark比（~10-7），并且具有超低的逆向光存储电流（~1pA）。
进一步地，利用公式并结合图9中的数据算出双层双功能光响应晶体管具有高的光响应度R（6.7×104A W-1），其中，P是450nm光的功率强度，S是双层双功能光响应晶体管的感应面积。还可以利用公式/>并结合图9中的数据算出双层双功能光响应晶体管具有高的探测灵敏度D（7.8×1014Jones），还可以算出双层双功能光响应晶体管在栅压约为20Vchu2具有高的Iphoto/Idark比（~106）。
实施例的作用与效果
根据本实施例可知，基于有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管的器件转移特性、器件电流等性能参数的变化，对于两种不同波长的单色光可以实现器件本身性能的调节转换，并且可以多次重复稳定操作。在365nm单色光照射下，该晶体管呈现是反向光记忆特性，在450nm单色光照射下，该晶体管呈现正向光传感特性。
另外，根据本实施例可知，通过改变照射光的波长，有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管的行为可以在正向光探测和逆向光存储之间切换。
此外，从图8中可知，在栅极电压为-40V时，双层双功能光响应晶体管具有超低的Iphoto/Idark比，并且具有超低的逆向光存储电流，从图9可知，双层双功能光响应晶体管具有高的光响应度和高的探测灵敏度，并且可以得知双层双功能光响应晶体管在栅压约为20Vchu2具有高的Iphoto/Idark比，所以双层双功能光响应晶体管具有独特的逆向光存储特性，这种优越的光电性能来源于DAE中的光致变色反应与DNTT中的光电导的耦合。据我们所知，这是第一个展示了基于DAE的负光存储功能的研究，可用于逆向光响应逻辑电路。
进一步地，根据本实施例所涉及的一种有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管的制备方法，通过溶液-蒸镀层层镀膜策略，制备了具有双功能的有机半导体-光致变色材料的双层薄膜结构，并将其作为关键光敏活性层用于制备光响应晶体管。另外，本实施例中所涉及的入射单色光波长调控器件性能的方法利用了有机半导体-光致变色材料的双层双功能光响应晶体管的不同层对不同波长光的吸收及不同的响应特性，光致变色层的异构化、有机半导体层的电子-空穴转移特性，在一个晶体管上实现对不同波长光信息的特异性响应，在高集成度、多功能化光信息处理系统中具有良好的应用前景。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管，用于逆向光响应逻辑电路，其特征在于，包括：
衬底；
双层薄膜，包括设置于所述衬底上表面的第一薄膜层以及覆盖于所述第一薄膜上方的第二薄膜层；以及
电极，设置于所述第二薄膜层的上表面，
其中，所述双层薄膜为有机半导体-光致变色双层薄膜，
所述第一薄膜层为光致变色薄膜层，所述第二薄膜为有机半导体薄膜层，
所述光致变色薄膜层为光活性层，采用的材料为二芳基乙烯DAE，
所述有机半导体薄膜层为导电沟道，采用的材料为P型有机半导体的二萘并噻吩酮DNTT，
所述有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管根据照射光的波长在正向光探测和逆向光存储之间切换，
在365nm单色光照射下，所述有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管呈反向光记忆特性，
在450nm单色光照射下，所述有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管呈正向光传感特性。
2.根据权利要求1所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管，其特征在于：
其中，所述衬底为表面带有热氧化生长的厚度为300nm的二氧化硅的硅衬底。
3.根据权利要求1所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管，其特征在于：
其中，所述电极采用的材料为电极材料为金属导电材料。
4.一种如权利要求1所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制作所述衬底；
步骤2，使用丙酮、异丙醇依次对所述衬底进行超声清洗，再用乙醇和去离子水冲洗所述衬底，而后用氮气吹干所述衬底的表面，得到处理后的衬底；
步骤3，在处理后的所述衬底上旋涂二芳基乙烯DAE，得到第一膜层，而后在所述第一薄膜层上蒸镀二萘并噻吩酮DNTT，得到第二膜层，从而得到有机半导体-光致变色双层薄膜；
步骤4，在所述第二膜层上沉积金属，从而得到所述电极，进而得到有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管。
5.根据权利要求4所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，其特征在于：
其中，所述步骤2中，超声清洗的时间为半小时。
6.根据权利要求4所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，其特征在于：
其中，所述步骤3包括如下子步骤：
步骤3-1，将二芳基乙烯DAE溶于氯仿配成10mg/ml的溶液，然后用旋涂机以1000rpm/s的速度旋涂50s，在衬底上形成光致变色薄膜层，即第一薄膜层；
步骤3-2，使用真空蒸镀仪进行热蒸镀，在第一膜层上形成P型的有机半导体薄膜层，即第二薄膜层。
7.根据权利要求4所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，其特征在于：
其中，所述第二薄膜层的厚度为50nm。
8.根据权利要求4所述的有机半导体-光致变色双层薄膜的双功能光敏-光记忆有机晶体管的制备方法，其特征在于：
其中，所述步骤4包括如下子步骤：
采用掩膜版遮挡所述双层薄膜的顶部，并在真空蒸镀仪中将金属蒸镀到所述双层薄膜的上表面，从而得到所述电极。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104835922A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-08-12 | 南京邮电大学 | 基于光致变色化合物的双向异性有机二极管电存储器及其制备方法 |
| CN104934513A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-23 | 同济大学 | 有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器及制备方法 |
| CN105182570A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-23 | 岭南师范学院 | 一种二芳基乙烯掺杂薄膜双稳态全光开关及其应用 |
| CN105810820A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-07-27 | 南京邮电大学 | 一种多孔结构有机场效应晶体管光敏存储器及其制备方法 |
| CN106497544A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-15 | 上海电力学院 | 一种基于二芳基乙烯的有机光致变色材料及其制备方法和应用 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104835922A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-08-12 | 南京邮电大学 | 基于光致变色化合物的双向异性有机二极管电存储器及其制备方法 |
| CN104934513A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-23 | 同济大学 | 有机场效应晶体管的生物安全柔性光敏传感器及制备方法 |
| CN105182570A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-23 | 岭南师范学院 | 一种二芳基乙烯掺杂薄膜双稳态全光开关及其应用 |
| CN105810820A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-07-27 | 南京邮电大学 | 一种多孔结构有机场效应晶体管光敏存储器及其制备方法 |
| CN106497544A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-15 | 上海电力学院 | 一种基于二芳基乙烯的有机光致变色材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Hongtao Zhang.Interface engineering of semiconductor/dielectric heterojunctions toward functional organic thin-film transistors.《Nanoletters》.2011,第11卷(第11期),全文. * |
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