CN113764588B - 一种有机单晶光电晶体管及仿生光子器件 - Google Patents

一种有机单晶光电晶体管及仿生光子器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种有机单晶光电晶体管及仿生光子器件。该有机单晶光电晶体管由下至上依次形成有栅极、第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层；所述光吸收层的材料选择为能够吸光且在光照条件下产生光生载流子，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均选择为含活性官能团的聚合物绝缘材料，且所述第一绝缘层选择为其活性官能团能够在所述光照条件以及所述栅极被施加栅压时捕获所述光生载流子中的电子，所述第一绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶，且所述第二绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶。本发明的有机单晶光电晶体管提高了器件对弱光的探测能力。

Description

一种有机单晶光电晶体管及仿生光子器件
技术领域
本发明涉及光电晶体管技术领域，尤其涉及一种有机单晶光电晶体管及仿生光子器件。
背景技术
为了提高有机光电晶体管弱光探测性能，目前的研究主要集中在和其他光敏性材料(如钙钛矿、胶体量子点(CQDs)、供体/受体异质结或表面等离子体纳米结构进行整合的研究方向上，主要原因在于单组份的光敏性材料本身存在一定的局限性，如低的光电转换效率、低的摩尔吸收率等。通过引入其他的光敏材料，增加光生载流子(电子或空穴)的产量来提高光电流。
文献中报道的器件结构主要有：1)混合的体异质结结构，虽然可以提高载流子的分离效率，但是由于体系内部的缺陷态会捕获产生的载流子，使沟道电阻增大，导致暗电流比较高，限制了器件的光敏性和光探测性。2)分层的层状结构，光照后，产生的激子需要扩散到界面处分离成电子和空穴用来产生光电流，但是由于激子的扩散距离短，大部分的激子并不能到达界面处，此外在半导体层材料的生长过程中可能会影响晶体的形貌，产生很多缺陷态，导致器件的亚阈值摆幅(SS)增大，进而导致器件的光响应度降低。因此需要设计合理的器件结构来避免缺陷态的影响，从而提高器件对弱光探测能力。
发明内容
本发明的一个目的是要提高器件对弱光的探测能力。
本发明的一个进一步的目的在于避免在载流子传输路径上引入多余的缺陷态，从而提高光电流响应。
本发明的另一个目的在于在低的工作电压下实现对弱光的探测。
特别地，本发明提供了一种有机单晶光电晶体管，由下至上依次形成有栅极、第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层；
所述光吸收层的材料选择为能够吸光且在光照条件下产生光生载流子，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均选择为含活性官能团的聚合物绝缘材料，且所述第一绝缘层选择为其活性官能团能够在所述光照条件以及所述栅极被施加栅压时捕获所述光生载流子中的电子，所述第一绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶，且所述第二绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶。
可选地，所述有机单晶光电晶体管还包括：
钝化层，形成在所述第二绝缘层上；
源极和漏极，均形成在所述钝化层上，且间隔开布置；
沟道材料层，原位生长在所述源极和所述漏极之间，从而获得具有超低亚阈值摆幅的有机单晶光电晶体管。此处，“原位生长”表示直接生长在源极和漏极之间，而不是在其他地方生长出沟道材料层，再将沟道材料层转移至源极和漏极之间。
可选地，所述沟道材料层的两端分别与所述源极和漏极连接，且至少部分底表面形成在所述钝化层上。
可选地，所述源极和所述漏极的材料均为金属；
所述沟道材料层的材料为有机半导体。
可选地，所述源极和所述漏极的材料均为银；
所述沟道材料层的材料为C8-BTBT(2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩)晶体材料。
可选地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料均选择为SU-8负性光刻胶；
可选地，所述第一绝缘层选择为SU-8负性光刻胶，所述第二绝缘层选择为聚乙烯吡咯烷酮。
可选地，所述光吸收层的材料选择为量子点吸光材料或有机染料吸光材料。
可选地，所述光吸收层的材料选择为硫化铅量子点。
可选地，所述钝化层的材料选择为聚乙烯醇肉桂酸酯；
可选地，所述栅极选择为ITO透明导电玻璃。
特别地，本发明还提供了一种仿生光子器件，包括前述的有机单晶光电晶体管。
根据本发明的方案，通过在栅极上依次形成第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层，光吸收层在光照条件下产生光生载流子，第一绝缘层的活性官能团在光照条件下以及栅极被施加栅压的条件下可以捕获光生载流子中的电子，由此可知，在光照以及在栅极施加栅压时，会产生一个垂直电场，在垂直电场的作用下，产生的电子和空穴会分离，其中电子会向光吸收层和第一绝缘层之间的界面处移动，并被第一绝缘层表面的活性官能团捕获，而空穴则会向光吸收层和第二绝缘层之间的界面处移动，因此会产生一个与栅压方向相反的光栅电压，进而导致阈值电压向正方向偏移，从而达到光电流放大的效果。
进一步地，通过在第二绝缘层上形成钝化层，并在钝化层上间隔开形成源极和漏极，且在源极和漏极之间原位形成沟道材料层，从而获得具有超低亚阈值摆幅的有机单晶光电晶体管，从而进一步放大光电流，实现器件超高灵敏度以及弱光探测能力。经过理论研究发现，这是由于器件中各个层如此选择之后，源极、漏极和沟道材料层之间具有肖特基接触，且光吸收层形成在两层绝缘层(第一绝缘层和第二绝缘层)之间从而可以产生与栅压方向相反的光栅电压，肖特基接触和光栅电压形成协同作用，从而获得了极其高的弱光探测能力。
另外，本发明方案的有机单晶光电晶体管的工作电压为-2V，具有较低的工作电压，使其可以应用于仿生光子器件，实现了低电压下对弱光的探测。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的示意性结构图；
图2示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的扫描电镜图；
图3示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的光响应机制原理图；
图4示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的转移特性曲线图，其中示出了Iph、亚阈值摆幅SS、阈值电压的变化值(ΔVT)的几何关系示意图。
图5示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在采用910nm的单色光作为光源，分别测试在黑暗条件以及不同光强的光照条件下的转移特性曲线，其中，工作电压VDS为-2V；
图6示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在工作电压VDS＝-2V且VG＝0.2V时，Iph和ΔVT随光强的变化曲线；
图7示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管光电流Iph随光强和栅压的变化图谱，其中，工作电压VDS＝-2V；
图8示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在不同光强和不同栅压下光灵敏度P值的变化图谱，其中VDS＝-2V；
图9示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管分别在黑暗条件下和不同波长的光照下的转移特性曲线，其中VDS＝-2V；
图10示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的噪声电流谱；
图11示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的不同波长光照下的噪声等效功率NEP，其中VDS＝-2V，VG＝0.12V；
图12示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在910nm光照下开关响应特性，其中VDS＝-2V，VG＝0.12V；
图13示出了人类视觉系统对光信号在的传输、处理和存储过程示意图；
图14示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的弱白光刺激触发的源漏电流的变化脉宽图；
图15示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在固定光强150nW cm-2下，源漏电流随光脉冲宽度的变化图；
图16示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的源漏电流随长时间脉冲光间隔(脉冲宽度：50ms；时间间隔：2s)变化图；
图17示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的短时间间隔(脉冲宽度：1s；时间间隔：250ms)的光刺激的变化图；
图18示出了根据本发明一个实施例的基于10×10的有机单晶光电晶体管阵列的图像训练和识别过程示意图；
图19示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管阵列在光照条件下对“0、3、5”的图像识别过程，黑色部分为透光区域；
图20示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管阵列在不同光刺激时间下的动态图像学习过程。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的示意性结构图。如图1所示，该有机单晶光电晶体管由下至上依次形成有栅极、第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层。所述光吸收层的材料选择为能够吸光且在光照条件下产生光生载流子，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均选择为含活性官能团的聚合物绝缘材料，且所述第一绝缘层选择为其活性官能团能够在所述光照条件以及所述栅极被施加栅压时捕获所述光生载流子中的电子，所述第一绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶，且所述第二绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶。
经过实验验证，只有将光吸收层夹设在两层绝缘层(第一绝缘层和第二绝缘层)之间才具有本申请的技术效果，任何一层绝缘层去除都无法达到本申请技术效果，并且，两层绝缘层的材料以及光吸收层的材料选择也具有一定的考究，不是所有的绝缘层以及所有的光吸收层都能达到本申请技术效果，具体参见如下：根据本发明的方案，通过在栅极上依次形成第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层，光吸收层在光照条件下产生光生载流子，第一绝缘层的活性官能团在光照条件下以及栅极被施加栅压的条件下可以捕获光生载流子中的电子，由此可知，在光照以及在栅极施加栅压时，会产生一个垂直电场，在垂直电场的作用下，产生的电子和空穴会分离，其中电子会向光吸收层和第一绝缘层之间的界面处移动，并被第一绝缘层表面的活性官能团捕获，而空穴则会向光吸收层和第二绝缘层之间的界面处移动，因此会产生一个与栅压方向相反的光栅电压，进而导致阈值电压向正方向偏移，从而达到光电流放大的效果。
在一个进一步的实施例中，如图1所示，该有机单晶光电晶体管还包括钝化层、源极、漏极和沟道材料层。钝化层形成在所述第二绝缘层上。源极和漏极均形成在所述钝化层上，且间隔开布置。沟道材料层原位生长在所述源极和所述漏极之间，从而获得具有超低亚阈值摆幅的有机单晶光电晶体管。此处，“原位生长”表示直接生长在源极和漏极之间，而不是在其他地方生长出沟道材料层，再将沟道材料层转移至源极和漏极之间。所述沟道材料层的两端分别与所述源极和漏极连接，且至少部分底表面形成在所述钝化层上。其中，本申请中的有机单晶光电晶体管是底栅-底接触的肖特基型场效应晶体管结构。
在该进一步的实施例中，通过在第二绝缘层上形成钝化层，并在钝化层上间隔开形成源极和漏极，且在源极和漏极之间原位形成沟道材料层，从而获得具有超低亚阈值摆幅的有机单晶光电晶体管，从而进一步放大光电流，实现器件超高灵敏度以及弱光探测能力。经过理论研究发现，这是由于器件中各个层如此选择之后，源极、漏极和沟道材料层之间具有肖特基接触，且光吸收层形成在两层绝缘层(第一绝缘层和第二绝缘层)之间从而可以产生与栅压方向相反的光栅电压，肖特基接触和光栅电压形成协同作用，从而获得了极其高的弱光探测能力。
该源极和漏极的材料均选择为金属，该沟道材料层的材料为有机半导体。该源极、漏极的金属材料要选择为与该沟道材料层的有机半导体材料的能带匹配，否则无法实现本发明目的。例如，该源极和漏极的材料可以选择为银，该沟道材料层的材料可以选择为C8-BTBT晶体材料，该C8-BTBT晶体材料是通过刮涂法生长晶体的，沟道内薄膜的晶体取向均匀且结晶质量高。又例如，该源极和漏极的材料可以选择为金，该沟道材料层的材料可以选择为C10-BTBT。
在一个实施例中，该第一绝缘层和第二绝缘层的材料均选择为SU-8负性光刻胶。在另一个实施例中，该第一绝缘层选择为SU-8负性光刻胶，该第二绝缘层选择为聚乙烯吡咯烷酮。该光吸收层的材料选择为量子点吸光材料或有机染料吸光材料。在一个实施例中，该光吸收层的材料选择为硫化铅量子点。
在一个实施例中，该钝化层的材料选择为聚氯乙烯，栅极选择为ITO透明导电玻璃。且优选地，该第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层的材料均为透明材料。
在多个实施例中，该有机单晶光电晶体管各个层的材料可以是上述材料的各种组合，但也不限于上述材料。但是实验中发现将一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层分别选择为SU-8负性光刻胶、硫化铅量子点(PbS CQDs)和SU-8负性光刻胶，且将源极、漏极和沟道材料层分别选择为银、银和硫化铅量子点，同时选择栅极为ITO透明导电玻璃，钝化层为聚乙烯醇肉桂酸酯(Poly(vinyl cinnamate),PVCn)材料，这样的材料组合制备获得的有机单晶光电晶体管可以获得最优的技术效果，其光灵敏度的数值比其他材料组合所获得的有机单晶光电晶体管的光灵敏度的数值高出至少一个数量级。以下以该具体实施例为例进行详细说明：
图2示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的扫描电镜图。由图2可知，本申请确实制备获得了上述的有机单晶光电晶体管。在获得本申请方案之前，发明人进行了多次试验，在这多次试验中均是将光吸收层和沟道材料层直接连接，或者是将光吸收层通过绝缘层与沟道材料层连接，而直接与栅极连接，或者其他结构类型等等，所有尝试的结果都不是很好，分析所有失败实验的原因发现一个重要影响因素，材料体系内部和界面处引入了电荷陷阱态，使器件表现出比较大的亚阈值摆幅(SS)，这意味着在相同的光栅电压作用下，诱导产生的光电流很大程度上受到限制。那么如何避免在材料体系内部和界面处引入电荷陷阱态使器件表现出比较小的亚阈值摆幅(SS)呢？
为了避免在材料体系内部和界面处引入电荷陷阱态使器件表现出比较小的亚阈值摆幅(SS)，那么设计的每一层材料以及材料与材料之间的界面就尽可能具有比较小的亚阈值摆幅以及避免引入电荷陷阱态。发明人经过反复实验验证，最终确定了本发明的方案，这凝聚了发明人付出的创造性劳动。
如图2所示，PbS CQDs夹在两层SU-8绝缘层中间，如此避免了载流子传输路径上引入多余的缺陷态，同时结合超陡的亚阈值摆幅(SS)，进一步提高了光电流响应。
本申请中的有机单晶光电晶体管的光响应机制如下：
在黑暗条件下，该器件像普通的场效应晶体管一样工作，由于有机半导体层/金属电极之间的肖特基接触，该器件的工作电压(VDS)为-2V，(即在源极和漏极之间施加的电压)亚阈值摆幅SS为99mV dec-1。图3示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的光响应机制原理图。如图3所示，在光照条件下，在光吸收层PbS CQDs内产生光生载流子，当施加正向栅压(在栅极上施加的电压)时，会产生一个方向向上的垂直电场，在垂直电场的作用下，产生的电子和空穴会分离，其中电子会向PbS CQDs和第一绝缘层(下层SU-8)之间的界面处移动，并被第一绝缘层表面的羟基基团捕获，而空穴则会向PbS CQDs和第二绝缘层(上层SU-8)的界面处移动，因此会产生一个与栅压方向相反的光栅电压(Vph)，Vph可以表示为：
Vph＝qσCtot
其中q为基本电荷，σ为捕获电子密度，Ctot为介质的总比电容。
图4示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的转移特性曲线图，其中示出了Iph、亚阈值摆幅SS、阈值电压的变化值(ΔVT)的几何关系示意图。如图4所示，在Vph的作用下，阈值电压向正方向漂移，从VT,dark变化到VT-ΔVT,light，同时源漏电流IDS由IDS,dark变为IDS,light(IDS,dark+Iph)，达到光电流放大的效果。根据亚阈值摆幅(SS)的定义，以及ΔVT、亚阈值摆幅(SS)和光电流(Iph)的几何关系可以看出，在相同光照条件下，会产生相同的光栅电压Vph，此时亚阈值摆幅SS越小，Iph越大，这也就意味着具有超陡的SS的器件可以有效地放大光电流，使器件具有超高的灵敏度和弱光探测能力。
图5示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在采用910nm的单色光作为光源，分别测试在黑暗条件以及不同光强的光照条件下的转移特性曲线，其中，工作电压(即源漏电压)VDS为-2V。由图5可知，器件所能检测到的最低光强为138nW cm-2，在栅压VG为0.2V时，源漏电流IDS从0.69pA增加至164pA(增加了两个数量级)。随着入射光强的增加，光吸收层PbS CQDs中产生的光生载流子增多，会产生更大的光栅电压Vph，从而使光电流Iph和ΔVT急剧增加。当入射光强增大到一定程度时，PbS CQDs层和下层SU-8之间界面处的电子陷阱态会逐渐被填满，导致产生的光栅电压Vph不会继续增强，光电流Iph和ΔVT逐渐趋于饱和(如图6所示)。
图7示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管光电流Iph随光强和栅压的变化图谱，其中，工作电压VDS＝-2V。图8示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在不同光强和不同栅压下光灵敏度P值的变化图谱，其中VDS＝-2V。由图7和图8可知，尽管有机单晶光电晶体管器件在“开”态下工作时的光电流Iph明显高于在亚阈值区(栅压处于阈值电压以下的区域)的光电流Iph，在亚阈值区工作时，P值比较大，主要是因为该区域的源漏电流IDS比较低(<1pA)，同时亚阈值摆幅SS也比较低，可以有效地放大光电流。其中当光强为1.2μW cm-2，工作电压为VDS＝-2V时，在VG＝0.2V处，PA-OPT器件的光灵敏度P值达到最大值为14625。这一结果表明，有机单晶光电晶体管可以在低的工作电压下实现对弱光的探测。
图9示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管分别在黑暗条件下和不同波长的光照下的转移特性曲线，其中VDS＝-2V。由图9可知，有机单晶光电晶体管对350nm、400nm、650nm、910nm的光照有比较明显的光响应，而对波长为300nm和1200nm的光照响应比较小，这一结果与PbS CQDs的吸收光谱一致。
图10示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的噪声电流谱。图11示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的不同波长光照下的噪声等效功率NEP，其中VDS＝-2V，VG＝0.12V。在本实验中通过噪声等效功率NEP来评估有机单晶光电晶体管对弱光的探测能力，结果表明该有机单晶光电晶体管在400-1175nm的光谱范围内都具有非常低的NEP值(5.14-162.01fW Hz-1/2)，这也就意味着，在0.00072cm2的工作面积下，有机单晶光电晶体管最低可以检测到28.93pW cm-2的可见光强和7.21pW cm-2的近红外光强。NEP越小，表明有机单晶光电晶体管的探测能力越强。
图12示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在910nm光照下开关响应特性，其中VDS＝-2V，VG＝0.12V。在t＝37s、543s时，施加1.2μW cm-2的910nm光照，在t＝127s和640s时移除光照，在t＝640s，施加一个-2V的栅压，持续时间30s。当向器件施加1.2μW cm-2的910nm光照时，源漏电流IDS缓慢增加(约为90s)至最大值6110pA，当移除光照后，IDS在数百秒之后缓慢衰减(约为416s)到初始的电流值，电流的整个衰减过程，可用双指数衰减函数进行拟合，此外，通过施加一个-2V的栅压30s，可以使IDS迅速下降到初始状态。这种现象与人类的视觉感知过程非常相似，因此该有机单晶光电晶体管在仿生光子器件领域展示出巨大的应用前景。
特别地，本发明还提供了一种仿生光子器件，包括前述各个实施例的有机单晶光电晶体管。
图13示出了人类视觉系统对光信号在的传输、处理和存储过程示意图。由图13可知，在人眼的视觉系统中，当接收到外界环境的光信号时，视网膜上的突触和神经末梢会对得到的信息进行处理和存储。
图14示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管的弱白光刺激触发的源漏电流的变化脉宽图(100ms，强度为150nW cm-2)。由图14可知，在光强约为150nW cm-2的弱、瞬态(100ms)白光刺激下，有机单晶光电晶体管的源漏电流从0.8pA快速增加至3.0pA，然后在0.9s内迅速衰减到初始状态，比其他报道的人工视觉光突触器件的可检测到的光强要低几个数量级。
图15示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管在固定光强150nW cm-2下，源漏电流随光脉冲宽度的变化图。由图15可知，在恒定的光强下，随着每个光脉冲宽度的增加，光吸收层内会产生更多的光生载流子，产生更大的光栅电压，从而使脉冲电流有明显的增加，这与人类视觉系统中的短期记忆过程相似。在人类神经网络系统中，从短期可塑性(STP)到长期可塑性(LTP)的转变可以通过反复学习来实现。在本实验中，如图16所示，当施加20次长间隔2.0s的脉冲光刺激后，电流保持不变，这就是有机单晶光电晶体管的STP功能。如图17所示，在施加20次短间隔250ms的脉冲光刺激时，每个光刺激下，电流都有明显的增强，主要原因是当光刺激的间隔比较短，上一个光刺激产生电子和空穴还未完全复合，下一个光刺激就会产生更多的光生载流子，导致光电流的进一步提高，这与人类的长期记忆过程相似，这就是有机单晶光电晶体管的LTP功能。
为了进一步模拟人类视觉系统中的图像识别和动态学习功能，实验中构筑了10×10的有机单晶光电晶体管阵列来演示图像识别功能。图18示出了根据本发明一个实施例的基于10×10的有机单晶光电晶体管阵列的图像训练和识别过程示意图。
首先制备了“0”、“3”、“5”的数字图案作为光学掩膜，并将该图案投射到有机单晶光电晶体管阵列上，固定源漏电压为-2V，测试每个PA-OPT器件的光电流变化情况，并进行归一化处理。
图19示出了根据本发明一个实施例的有机单晶光电晶体管阵列在光照条件下对“0、3、5”的图像识别过程，黑色部分为透光区域。由图19可知，在入射光能够照到的区域里，有机单晶光电晶体管阵列表现出比较明显的光电流响应，通过光电流的变化来重新构建出数字图案，成功地模拟了人眼的图像识别过程。
此外，对图像的学习行为是人类视觉的另一个重要基础。如图20所示，实验中首先将设计的“蝶形“光学图案投射到10×10的有机单晶光电晶体管阵列上，黑色部分为透光区域，对每个有机单晶光电晶体管施加20次的弱白光刺激，固定源漏电压为-2V，记录每个有机单晶光电晶体管的源漏电流随时间的变化。从重构的电流分布图可以看出，随着光刺激次数的增加，被光照到的有机单晶光电晶体管会表现出光电流的累积效应，电流缓慢增加。此外，图像的对比度比较明显，可以清晰地分辨出光学图案，这也说明了该有机单晶光电晶体管阵列对图像的识别过程，随着光刺激次数的增加，图案的对比度逐渐增加，说明有机单晶光电晶体管对光信号的记忆水平随着学习次数的增加而提高，成功模拟了低工作电压下有机单晶光电晶体管对图像的动态学习过程，为低功耗可植入光子器件的应用奠定了基础。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (12)

1.一种有机单晶光电晶体管，其特征在于，由下至上依次形成有栅极、第一绝缘层、光吸收层和第二绝缘层；
所述光吸收层的材料选择为能够吸光且在光照条件下产生光生载流子，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均选择为含活性官能团的聚合物绝缘材料，且所述第一绝缘层选择为其活性官能团能够在所述光照条件以及所述栅极被施加栅压时捕获所述光生载流子中的电子，所述第一绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶，且所述第二绝缘层和所述光吸收层之间互不相溶。
2.根据权利要求1所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，还包括：
钝化层，形成在所述第二绝缘层上；
源极和漏极，均形成在所述钝化层上，且间隔开布置；
沟道材料层，原位生长在所述源极和所述漏极之间，从而获得具有超低亚阈值摆幅的有机单晶光电晶体管。
3.根据权利要求2所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述沟道材料层的两端分别与所述源极和漏极连接，且至少部分底表面形成在所述钝化层上。
4.根据权利要求3所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述源极和所述漏极的材料均为金属；
所述沟道材料层的材料为有机半导体。
5.根据权利要求4所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述源极和所述漏极的材料均为银；
所述沟道材料层的材料为C8-BTBT晶体材料。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料均选择为SU-8负性光刻胶。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，
所述第一绝缘层选择为SU-8负性光刻胶，所述第二绝缘层选择为聚乙烯吡咯烷酮。
8.根据权利要求6所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述光吸收层的材料选择为量子点吸光材料或有机染料吸光材料。
9.根据权利要求8所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述光吸收层的材料选择为硫化铅量子点。
10.根据权利要求2-5中任一项所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，所述钝化层的材料选择为聚乙烯醇肉桂酸酯。
11.根据权利要求10所述的有机单晶光电晶体管，其特征在于，
所述栅极选择为ITO透明导电玻璃。
12.一种仿生光子器件，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的有机单晶光电晶体管。
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