CN114267793A - 一种具有梳状电极结构的光电位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有梳状电极结构的光电位移传感器，其结构依次包括梳状电极、有机功能层和相对电极。其具有结构简单、制备难度低、可制备柔性器件支持角度探测等优势。其中，相对电极为薄膜电极，而梳状电极中，若干第一梳状齿和若干第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。梳状结构的设计，提供了电流传输的各向异性，即电流在平行梳齿方向具有较小电阻，垂直梳齿方向具有大的电阻。通过牺牲垂直梳齿方向的位移探测能力，提高平行梳齿方向的位移探测精度。
Description
技术领域
本发明属于有机半导体材料的技术领域，具体涉及一种具有梳状电极结构的光电位移传感器。
背景技术
随着信息技术的不断突破，高速网络和人工智能技术的不断普及应用，各种愈发先进的智能信息处理系统对其依赖的传感器产生了更高的要求，而对光电位移传感器的研究无疑对无人驾驶、机器人等领域有着重要的作用。
自上世纪80年代邓青云等人发明有机光敏二极管器件(OPD)以来，有机光电半导体以其低廉的成本以及制备大面积、柔性光电器件方面的潜在优势得到了人们的广泛关注。随着有机发光二极管的相关技术进步和商业化应用，原理上为其逆向过程的有机光探测器也得到了长足的发展并缓步朝向产业化迈进。光有机光探测器基于的有机光敏二极管具有与传统硅基或砷化镓二极管类似的特性，且所需的加工工艺更简单，为低成本大规模加工器件带来了可能。并且，用于有机光探测器制备的原料包括有机光敏小分子或聚合物以及有机无机杂化钙钛矿或量子点等材料可溶于挥发性有机溶剂，以溶液的形式进行加工制备所需的功能层薄膜。在此基础上加以包括喷墨打印、卷对卷印刷、胶印等传统印刷技术的应用，有机光探测器的生产制造无疑会发生革命性变化，并且一些需要特殊力学性质的应用(如柔性器件)得益于有机光探测器的特性也将得以实现。
然而，传统的光电位移传感器基于硅、砷化镓等无机半导体材料制备，所需条件苛刻，制备工艺复杂，难以进行柔性器件的制备，这无疑会对基于光电位移传感器设备的大规模普及应用产生阻碍，而基于有机薄膜的有机光探测器因其自身工作光谱易于调节、可制备柔性器件、易于大规模大面积生产等优势能够克服无机探测器的多种缺点，基于其制备的有机光电位移传感器能够在多种应用场景中对传统传感器形成互补甚至取代。
因此，亟需找到一种具有新型结构的光电位移传感器，来克服上述问题。
发明内容
本发明所涉及的一种基于有机光探测器制备的光电位移传感器，依次包括梳状电极、有机功能层和相对电极，具有结构简单、制备难度低、可制备柔性器件支持角度探测等优势。其中，相对电极为薄膜电极，而梳状电极中，若干第一梳状齿和若干第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。梳状结构的设计，提供了电流传输的各向异性，即电流在平行梳齿方向具有较小电阻，垂直梳齿方向具有大的电阻。通过牺牲垂直梳齿方向的位移探测能力，提高平行梳齿方向的位移探测精度。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种具有梳状电极结构的光电位移传感器，其结构依次包括梳状电极、有机功能层和相对电极；
其中，所述有机功能层至少包括活性层，所述活性层中包括给体材料和受体材料共混的结构；
所述梳状电极的结构包括：
电极材料1所形成的电极1，所述电极1具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2所形成的电极2，所述电极2具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以另一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布；
当所述梳状电极为阳极时，所述相对电极为阴极，当所述梳状电极为阴极时，所述相对电极为阳极。
在本发明技术方案中，梳状电极和相对电极，二者极性相反，且当梳状电极作为顶电极时，相对电极则作为底电极；当梳状电极作为底电极时，相对电极则作为顶电极。
在本发明的技术方案中，所述梳状电极的结构，具体地是指用特定材料所形成的，两个类似梳子形状的电极，以中心对称的方式设置，并且二者梳状齿彼此平行且间隔交错排布的结构。
进一步地，任意一个所述第二梳状齿的宽度，均小于与其相邻的两个所述第一梳状齿之间的空隙宽度；任意一个所述第一梳状齿的宽度，均小于与其相邻的两个所述第二梳状齿之间的空隙宽度。
进一步地，所述电极材料1和电极材料2，独立地选自氧化铟锡(ITO)、氟掺氧化锡(FTO)、铝掺氧化锌(AZO)、共轭聚电解质、金属薄膜、纳米银线，或上述可选对象的任意组合。
进一步地，所述给体材料选自基于萘并噻二唑(NT)的共轭聚合物、基于苯并噻二吩衍生物的共轭聚合物、聚噻吩衍生物中的一种或多种；
所述受体材料选自氰基茚酮及其衍生物端基的小分子或富勒烯衍生物。
进一步地，所述有机功能层还包括电极修饰层、载流子阻挡层的至少一种。
进一步地，所述电极修饰层和/或载流子阻挡层为一层或多层。
进一步地，所述电极修饰层选自聚电解质、胺类化合物、季铵盐、硫氰亚铜(CuSCN)、金属氧化物、碱金属盐、碱土金属盐，或上述可选对象的任意组合。
进一步地，所述载流子阻挡层选自苯胺衍生物、噻吩衍生物、酚噻嗪衍生物、酚噁嗪衍生物、咔唑衍生物及其聚合物、金属氧化物、硫氰亚铜、硒氰亚铜、富勒烯及其衍生物中的一种或多种。
进一步地，所述若干个第一梳状齿中，各个所述第一梳状齿的宽度均相同；
所述若干个第二梳状齿中，各个所述第二梳状齿的宽度均相同。
进一步地，所述梳状电极与所述有机功能层的接触方式为：所述梳状电极部分地或全部地嵌如所述有机功能层中。
进一步地，所述梳状电极与所述有机功能层的接触方式为：所述梳状电极与所述有机功能层为面接触。
进一步地，所述具有梳状电极结构的光电位移传感器的结构还包括基板，所述基板上设置为所述梳状电极；或者所述基板上设置为所述相对电极。
本发明其有益效果在于：
1.本发明所涉及光电位移传感器基于有机光探测器制备，具有结构简单、制备难度低、可制备柔性器件支持角度探测等优势；
2.本发明所涉及光电位移传感器通过特殊的电极设计，提高了位移探测精度；
3.本发明的梳状电极可方便地通过调节材料电导率、梳齿的截面和排布等方式调节器件输出信号的分辨率，提高位置识别精度；
4.本发明采用双梳状电极设计，无需对入射光强进行校准，可根据信号比值直接计算位置信息；
5.进一步地，本发明的组分的给体材料优选为基于萘并噻二唑(NT)的共轭聚合物、基于苯并噻二吩衍生物的共轭聚合物、聚噻吩衍生物；受体材料优选为氰基茚酮及其衍生物端基的小分子或富勒烯(C60/C70)衍生物的组合。上述特定材料的共混，具有较高的载流子迁移率和较大的消光系数，能够很大程度上消除梳状电极引入的不平整、光波导、光干涉等影响，从而进一步优化本发明所述的技术效果。
附图说明
图1示出了本发明实施例所涉及的NT-40、PC61BM以及PCDTBT的化学结构式。
图2(a)示出了实施例1-7的有机光电位移传感器的俯视图；
图2(b)示出了实施例1-2、实施例5-7的有机光电位移传感器的结构图，其中，梳状电极1和电极2与有机功能层的接触方式为：梳状电极全部地嵌入所述有机功能层中；
图2(c)示出了实施例3-4的有机光电位移传感器的结构图，其中，梳状电极1和电极2与有机功能层的接触方式为：梳状电极与所述有机功能层为面接触。
图3示出了测试例1中，对实施例1制备的有机光电位移传感器进行性能测试的电流信号比值-光照位置特性曲线。
图4示出了测试例2中，对实施例7和对比例1制备的有机光电位移传感器分别进行性能测试的电流信号比值-光照距离特性曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
图1示出了本发明实施例所涉及的NT-40、PC61BM以及PCDTBT的化学结构式。
图2(a)示出了实施例1-7的有机光电位移传感器的俯视图；
图2(b)示出了实施例1-2、实施例5-7的有机光电位移传感器的结构图，其中，梳状电极1和电极2与有机功能层的接触方式为：梳状电极全部地嵌如所述有机功能层中；
图2(c)示出了实施例3-4的有机光电位移传感器的结构图，其中，梳状电极1和电极2与有机功能层的接触方式为：梳状电极与所述有机功能层为面接触。
本发明实施例中，任意一个所述第二梳状齿的宽度，均小于与其相邻的两个所述第一梳状齿之间的空隙宽度；任意一个所述第一梳状齿的宽度，均小于与其相邻的两个所述第二梳状齿之间的空隙宽度；
第一梳状齿和第二梳状齿的宽度，均为0.5mm。
实施例1：正置底入射式有机光电位移传感器的结构和制备。
正置底入射式有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极梳状电极氧化铟锡(ITO)(100nm)/PEDOT:PSS(40nm)/活性层(100nm)/氟化锂(1nm)/顶电极相对电极铝(100nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为ITO所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为ITO所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述正置底入射式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在所述玻璃基底上溅射一层100nm厚的ITO，溅射的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度；然后将表面带有ITO层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2 Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PEDOT:PSS的水溶液(浓度为5mg/ml)，经聚醚砜水相过滤器滤除颗粒后滴加在带有ITO底电极的玻璃基底上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将器件放置在热台上，150℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PEDOT:PSS薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上先后蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)，以及100nm厚的铝电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
实施例2：倒置底入射式有机光电位移传感器的结构和制备
倒置底入射式有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极ITO(100nm)/PFN-Br(20nm)/活性层(100nm)/氧化钼(MoOx)(20nm)/顶电极相对电极银(100nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为ITO所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为ITO所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述倒置底入射式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在所述玻璃基底上溅射一层100nm厚的ITO，溅射的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度；然后将表面带有ITO层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2 Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PFN-Br的甲醇溶液(浓度为5mg/ml)，滴加在PCB上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将PCB放置在热台上，100℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PFN-Br薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上先后蒸镀20nm厚的氧化钼，以及100nm厚的银电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
实施例3：正置顶入射式有机光电位移传感器的结构和制备
正置顶入射式有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极相对电极银(100nm)/PEDOT:PSS(40nm)/活性层(100nm)/氟化锂(1nm)/顶电极梳状电极镁银合金(20nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为镁银合金所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为镁银合金所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述正置顶入射式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在所述玻璃基底上溅射一层100nm厚的银，溅射的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度；然后将表面带有银电极层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2 Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PEDOT:PSS的水溶液(浓度为5mg/ml)，经聚醚砜水相过滤器滤除颗粒后滴加在带有银底电极的玻璃基底上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将器件放置在热台上，150℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PEDOT:PSS薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上先后蒸镀1nm厚的氟化锂，以及20nm厚的镁银合金电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
实施例4：倒置顶入射式有机光电位移传感器的结构和制备
倒置顶入射式有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极相对电极银(100nm)/PFN-Br(20nm)/活性层(100nm)/顶电极梳状电极ITO(100nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为ITO所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为ITO所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述正置顶入射式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在所述玻璃基底上溅射一层100nm厚的银，溅射的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度；然后将表面带有银电极层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2 Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PFN-Br的甲醇溶液(浓度为5mg/ml)，滴加在PCB上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将器件放置在热台上，100℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PFN-Br薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上溅射100nm厚的ITO透明电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
实施例5：正置半透明式有机光电位移传感器的结构和制备
正置半透明式有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极梳状电极ITO(100nm)/PEDOT:PSS(40nm)/活性层(100nm)/氟化锂(1nm)/顶电极相对电极镁银合金(20nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为ITO所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为ITO所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述正置半透明式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在所述玻璃基底上溅射一层100nm厚的ITO，溅射的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度；然后将表面带有ITO层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2 Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PEDOT:PSS的水溶液(浓度为5mg/ml)，经聚醚砜水相过滤器滤除颗粒后滴加在带有ITO底电极的玻璃基底上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将器件放置在热台上，150℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PEDOT:PSS薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上先后蒸镀1nm厚的氟化锂，以及20nm厚的镁银合金电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
实施例6：倒置半透明式有机光电位移传感器的结构和制备
倒置半透明式有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极梳状电极ITO(100nm)/PFN-Br(20nm)/活性层(100nm)/氧化钼(10nm)/顶电极相对电极银(20nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为ITO所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为ITO所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述正置半透明式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在所述玻璃基底上溅射一层100nm厚的ITO，溅射的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度；然后将表面带有ITO层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2 Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PFN-Br的甲醇溶液(浓度为5mg/ml)，滴加在PCB上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将器件放置在热台上，100℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PFN-Br薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上先后蒸镀10nm厚的氧化钼，以及20nm厚的银电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
实施例7：正置自校正有机光电位移传感器的结构和制备
正置自校正有机光电位移传感器的结构从下至上依次为：基板(1mm)/底电极梳状电极ITO(100nm)/PEDOT:PSS(40nm)/活性层(100nm)/氟化铯(1nm)/顶电极相对电极铝(100nm)。
其中，活性层为NT-40为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
梳状电极的结构为：
电极材料1为ITO所形成的电极1，该电极1具体形状为：具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2为ITO所形成的电极2，该电极2具体形状为：具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布。
上述正置半透明式有机光电位移传感器的制备方法为：
S1.将表面带有ITO层的玻璃基底放入马弗炉中，300℃加热处理1h后，将所述玻璃基底放置在洗片架上，使用超声器超声清洗，洗涤液使用顺序为丙酮、异丙醇、洗洁精、去离子水和异丙醇，其目的是充分除掉玻璃表面可能残留的污渍；然后在真空烘箱中烘干；
S2.将所述表面带有ITO层的玻璃基底置于氧等离子体刻蚀仪中，使用氧等离子体(O2Plasma)进行1min的轰击，彻底清除电极表面可能的残存有机物；
S3.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定在匀胶机上(中国科学院微电子研究所KW-4A)，使用注射器取40ml的PEDOT:PSS的水溶液(浓度为5mg/ml)，经聚醚砜水相过滤器滤除颗粒后滴加在带有ITO底电极的玻璃基底上，设定转速为3000rpm，匀胶30S成膜，然后将器件放置在热台上，150℃下干燥30min；使其表面覆盖有一层指定厚度的PEDOT:PSS薄膜作为电极修饰层；
S4.在氮气氛围的手套箱中，将所述玻璃基底固定于匀胶机上，使用移液枪在所述玻璃基底上滴加40ml的NT-40:PC61BM(摩尔比为1:1，浓度为15mg/L的甲基四氢呋喃溶液)，设定转速为1200rpm，匀胶60S成膜；
S5.在真空蒸镀仓中在低于3×10-4Pa的真空度下在有机功能层上先后蒸镀1nm厚的氟化铯，以及100nm厚的铝电极，蒸镀的图案由掩模版进行限定，用石英晶体监控厚度仪测定厚度。
对比例1
对比例1与实施例7的正置自校正有机光电位移传感器的结构和制备方法均相同，唯一不同在于，对比例1中活性层采用的是PCDTBT为给体材料，PC61BM为受体材料，二者以摩尔比为1:1共混后所形成的本体异质结结构的活性层。
测试例1
对实施例1所得的正置底入射式有机光电位移传感器进行性能测试，并作出其电流信号比值-光照位置特性曲线，所得结果如图3所示。其中，电流信号比值为流经相对电极与梳状电极电极材料1的电流I1-2与流经相对电极与梳状电极电极材料2的电流I1-3的比值，位置为入射光斑与梳状电极边缘的相对位置。从图中可知，器件的信号强度比值符合拟合结果，可根据比值推断入射光斑位置。这说明了具有较大阻值且厚度均一性好的梳状电极能够提供与电极长度变化成正比的阻值变化，从而可由电流信号准确推测电极的有效长度，得出光斑的位置信息。所得结果如表1所示。
表1实施例1的预测距离与光斑实际距离的对比
测试例2
对实施例7和对比例1所得的正置自校正有机光电位移传感器进行性能测试，其具体步骤如下：
S1.使用盖玻片与UV胶进行包封，在365nm紫外光下固化完成后将器件取出至空气环境中，固定在位移台上，将器件的相对电极连接至源表正极；
S2.使用波长为500nm的激光束对器件有效面积进行照射，控制位移台切换照射位置，并在每个位置分别将器件的梳状电极电极材料1、梳状电极电极材料2连接至源表负极，读出电流信号值；
S3.将得到的信号值进行处理，并与每个照射位置对应的距离信息进行作图、拟合。
所得结果如图4所示。从图中可以看出，实施例7的输出信号与照射位置的关系基本符合模型规律，对比例1则无明显规律。这是因为实施例所用材料NT40的光电转化性能比PCDTBT更高，载流子迁移率更好，且成膜时的相分离程度均一性较高，从而有效减少了器件各位置的性能差异性，提高了输出信号的强度，减少了干扰。
所得具体数值对比如表2所示。
表2实施例7、对比例1的预测距离与光斑实际距离的对比
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (12)
1.一种具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述具有梳状电极结构的光电位移传感器的结构，依次包括梳状电极、有机功能层和相对电极；
其中，所述有机功能层至少包括活性层，所述活性层中包括给体材料和受体材料共混的结构；
所述梳状电极的结构包括：
电极材料1所形成的电极1，所述电极1具有若干个第一梳状齿，所述第一梳状齿的一端以一悬臂梁彼此相连；
电极材料2所形成的电极2，所述电极2具有若干个第二梳状齿，所述第二梳状齿的一端以另一悬臂梁彼此相连；
所述第一梳状齿与所述第二梳状齿彼此平行且间隔交错排布；
当所述梳状电极为阳极时，所述相对电极为阴极，当所述梳状电极为阴极时，所述相对电极为阳极。
2.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，任意一个所述第二梳状齿的宽度，均小于与其相邻的两个所述第一梳状齿之间的空隙宽度；任意一个所述第一梳状齿的宽度，均小于与其相邻的两个所述第二梳状齿之间的空隙宽度。
3.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述电极材料1和电极材料2，独立地选自氧化铟锡、氟掺氧化锡、铝掺氧化锌、共轭聚电解质、金属薄膜、纳米银线，或上述可选对象的任意组合。
4.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述给体材料选自基于萘并噻二唑的共轭聚合物、基于苯并噻二吩衍生物的共轭聚合物、聚噻吩衍生物中的一种或多种；
所述受体材料选自氰基茚酮及其衍生物端基的小分子或富勒烯衍生物。
5.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述有机功能层还包括电极修饰层、载流子阻挡层的至少一种。
6.根据权利要求5所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述电极修饰层和/或载流子阻挡层为一层或多层。
7.根据权利要求5所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述电极修饰层选自聚电解质、胺类化合物、季铵盐、硫氰亚铜、金属氧化物、碱金属盐、碱土金属盐，或上述可选对象的任意组合。
8.根据权利要求5所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述载流子阻挡层选自苯胺衍生物、噻吩衍生物、酚噻嗪衍生物、酚噁嗪衍生物、咔唑衍生物及其聚合物、金属氧化物、硫氰亚铜、硒氰亚铜、富勒烯及其衍生物中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述若干个第一梳状齿中，各个所述第一梳状齿的宽度均相同；
所述若干个第二梳状齿中，各个所述第二梳状齿的宽度均相同。
10.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述梳状电极与所述有机功能层的接触方式为：所述梳状电极部分地或全部地嵌如所述有机功能层中。
11.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述梳状电极与所述有机功能层的接触方式为：所述梳状电极与所述有机功能层为面接触。
12.根据权利要求1所述具有梳状电极结构的光电位移传感器，其特征在于，所述具有梳状电极结构的光电位移传感器的结构还包括基板，所述基板上设置为所述梳状电极；或者所述基板上设置为所述相对电极。
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| CN202111610531.9A CN114267793B (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种具有梳状电极结构的光电位移传感器 |
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| CN202111610531.9A CN114267793B (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种具有梳状电极结构的光电位移传感器 |
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|---|---|---|---|---|
| US20040241900A1 (en) * | 2001-09-27 | 2004-12-02 | Jun Tsukamoto | Organic semiconductor material and organic semiconductor element employing the same |
| JP2008135657A (ja) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Konica Minolta Holdings Inc | 光電変換素子、その製造方法、及び放射線画像検出器 |
| CN103650192A (zh) * | 2011-06-22 | 2014-03-19 | 原子能和替代能源委员会 | 具有包括有用于提高电荷载体的聚集和传导的装置的有源区域的有机光电二极管 |
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| CN113644143A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-11-12 | 惠州学院 | 一种全透明光电探测器及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-27 CN CN202111610531.9A patent/CN114267793B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SIYUAN WENG ET AL.: ""Use of Organic Polymer P3HT:PC61BM as the Active Layer to Improve the Performance of ZnO Ultraviolet Photodetector"", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C》, no. 125, 9 September 2021 (2021-09-09), pages 20639 - 20649 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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