DE102006024218A1 - Radiation detector for detecting electromagnetic radiation, has active region that contains organic semiconductor material, and filter region for radiation absorption, where active and filter regions are arranged between cathode and anode - Google Patents

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Abstract

The detector has an active region (4) provided for radiation detection and suitable for signal generation. The active region contains an organic semiconductor material. A filter region (3) is provided for radiation absorption, where the active and filter regions are arranged between a cathode (5) and an anode (2). The active region comprises two different function layers (4a, 4b), which exhibit optical band gaps that are different from each other. One of the function layers absorbs radiation in a wavelength region that comprises wavelengths greater than a mid-wavelength.

Description

Es wird ein Strahlungsdetektor angegeben.It a radiation detector is specified.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist der Strahlungsdetektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung geeignet. Das bedeutet, die Empfindlichkeit des Detektors ist möglichst gut an eine vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung angepasst. Die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung weist dabei beispielsweise ein Maximum bei einer Zentralwellenlänge auf. Auch die Empfindlichkeit des Detektors weist dann bei dieser Zentralwellenlänge oder in Nähe der Zentralwellenlänge vorzugsweise ein Maximum auf. Bevorzugt ist die Detektorempfindlichkeit insbesondere um die Zentralwellenlänge herum besonders gut an die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung angepasst. In Wellenlängenbereichen, die in großer Entfernung zur Zentralwellenlänge liegen, kann die Detektorempfindlichkeit stärker von der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung abweichen.At least an embodiment of the Radiation detector is the radiation detector for detecting electromagnetic Radiation according to a predetermined spectral sensitivity distribution suitable. The means the sensitivity of the detector is as possible well adapted to a given sensitivity distribution. The predetermined spectral sensitivity distribution has, for example a maximum at a central wavelength. Also the sensitivity of the detector then points at this central wavelength or in the vicinity the central wavelength preferably a maximum. The detector sensitivity is particularly preferred around the central wavelength around particularly well to the given sensitivity distribution customized. In wavelength ranges, in big Distance to the central wavelength The detector sensitivity may be greater than the given sensitivity distribution differ.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst der Strahlungsdetektor einen zur Strahlungsdetektion vorgesehenen, aktiven Bereich, der zur Signalerzeugung geeignet ist. Das heißt, der aktive Bereich ist geeignet, in Abhängigkeit zumindest eines Teils der auf ihn treffenden elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Signal zu erzeugen. Beispielsweise kann der aktive Bereich dazu eine oder mehrere optische Bandlücken umfassen. Je nach Energie der auf den aktiven Bereich treffenden elektromagnetischen Strahlung werden im aktiven Bereich dann Ladungsträgerpaare erzeugt, die ursächlich für das erzeugte elektrische Signal des Detektors sind. Der aktive Bereich enthält bevorzugt ein organisches Halbleitermaterial.At least an embodiment of the Radiation detector includes the radiation detector for radiation detection provided, active area, which is suitable for signal generation. This means, the active area is suitable as a function of at least one part the electromagnetic radiation impinging on him an electrical signal to create. For example, the active area may be one or more several optical band gaps include. Depending on the energy of the active area electromagnetic radiation are then generated in the active region charge carrier pairs, the cause for the generated electrical signal of the detector are. The active area contains preferred an organic semiconductor material.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der Strahlungsdetektor ferner einen Filterbereich auf, der zur Strahlungsabsorption vorgesehen ist. Im Gegensatz zum aktiven Bereich erzeugt im Filterbereich auftreffende elektromagnetische Strahlung kein Detektorsignal.At least an embodiment of the Radiation detector, the radiation detector further comprises a filter area on, which is intended for radiation absorption. In contrast to active area generates electromagnetic interference in the filter area Radiation no detector signal.

Der Filterbereich bestimmt vorzugsweise die kurzwellige Seite der Empfindlichkeit des Detektors. Das heißt, der Filterbereich ist bevorzugt vorgesehen, durch Absorption elektromagnetischer Strahlung aus einem Wellenlängenbereich, der Wellenlängen umfasst, die kleiner als die Zentralwellenlänge sind, die kurzwellige Seite der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung anzupassen. Der Filterbereich ist dazu dem aktiven Bereich in Richtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung vorgeordnet. Das heißt, die in den Strahlungsdetektor eintretende elektromagnetische Strahlung, die den vom aktiven Bereich zu detektierenden Wellenlängenbereich umfasst, tritt vorzugsweise erst durch den Filterbereich, bevor sie in den aktiven Bereich gelangt.Of the Filter area preferably determines the shortwave side of the sensitivity of the detector. This means, the filter region is preferably provided by absorbing electromagnetic Radiation from a wavelength range, the wavelengths which are smaller than the central wavelength, the short wavelength side the detector sensitivity to the given spectral sensitivity distribution adapt. The filter area is to the active area in the direction upstream of the incident electromagnetic radiation. That is, the in the radiation detector entering electromagnetic radiation, the wavelength range to be detected by the active area preferably first passes through the filter area before she enters the active area.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind Filterbereich und aktiver Bereich des Strahlungsdetektors zwischen einer Anode und einer Kathode des Detektors angeordnet. Dazu kann der Filterbereich beispielsweise auf der Anode angeordnet sein. Der aktive Bereich ist dann auf dem Filterbereich angeordnet. Die Kathode ist zum Beispiel auf dem aktiven Bereich vorgesehen.At least an embodiment of the Radiation detectors are the filter area and the active area of the radiation detector disposed between an anode and a cathode of the detector. To For example, the filter area may be disposed on the anode. The active area is then located on the filter area. The For example, cathode is provided on the active area.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Strahlungsdetektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung, die ein Maximum bei einer vorgegebenen Zentralwellenlänge aufweist, angegeben. Der Strahlungsdetektor umfasst eine Kathode, eine Anode, einen zur Strahlungsdetektion vorgesehenen und zur Signalerzeugung geeigneten aktiven Bereich, der ein organisches Halbleitermaterial enthält, und einen zur Strahlungsabsorption vorgesehenen Filterbereich, wobei der aktive Bereich und der Filterbereich zwischen Kathode und Anode des Strahlungsdetektors angeordnet sind.At least an embodiment a radiation detector for detecting electromagnetic radiation according to a predetermined spectral sensitivity distribution, which is a maximum at a given central wavelength, indicated. Of the Radiation detector comprises a cathode, an anode, one for radiation detection provided and suitable for signal generation active area, containing an organic semiconductor material, and one for radiation absorption provided filter area, wherein the active area and the filter area are arranged between the cathode and anode of the radiation detector.

Der beschriebene Strahlungsdetektor macht sich dabei unter anderem die Erkenntnis zunutze, dass mit einem organischen Halbleitermaterial im aktiven Bereich eine besonders genaue Anpassung der Detektorempfindlichkeit an eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung ermöglicht ist. Ferner ermöglicht die Verwendung von organischen Halbleitermaterialien eine besonders einfache Herstellung des Strahlungsdetektors.Of the described radiation detector makes it including the Realize that with an organic semiconductor material in the active area a particularly accurate adjustment of the detector sensitivity to a given spectral sensitivity distribution is possible. Furthermore allows the use of organic semiconductor materials is a particular simple production of the radiation detector.

Weiter erweist sich die Anordnung von Filterbereich und aktivem Bereich zwischen Anode und Kathode des Strahlungsdetektors als vorteilhaft, da auf diese Weise beide Bereiche besonders gut gegen äußere Einflüsse – zum Beispiel atmosphärische Einflüsse und/oder Feuchtigkeit – geschützt sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Filterbereich außerhalb von Anode und Kathode angeordnet ist. In diesem Fall sind aber in der Regel Vorkehrungen zum Schutz des Filterbereichs – wie zum Beispiel eine Verkapselung des Filterbereichs – notwendig.Further proves the arrangement of filter area and active area between anode and cathode of the radiation detector as advantageous because in this way, both areas are particularly good against external influences - for example atmospheric influences and / or moisture - are protected. However, it is also conceivable that the filter area is outside of anode and cathode is arranged. In this case, however, are in usually precautions to protect the filter area - such as Example an encapsulation of the filter area - necessary.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der aktive Bereich mindestens zwei verschiedene Funktionsschichten. Die verschiedenen Funktionsschichten unterscheiden sich dabei durch physikalische Eigenschaften wie Schichtdicke und/oder optische Bandlücke. Bevorzugt weisen wenigstens zwei beliebige Funktionsschichten des aktiven Bereichs unterschiedliche optische Bandlücken und/oder unterschiedliche Schichtdicken auf.At least an embodiment the active area at least two different functional layers. The different functional layers differ by physical ones Properties such as layer thickness and / or optical band gap. Prefers have at least two arbitrary functional layers of the active Range of different optical band gaps and / or different Layer thicknesses on.

Funktionsschichten, die sich hinsichtlich ihrer Bandlücke voneinander unterscheiden, sind dabei geeignet, elektromagnetische Strahlung ab einer unterschiedlichen Grenzfrequenz zu absorbieren. Das heißt, diese Funktionsschichten tragen dann zur Erzeugung eines elektrischen Signals ab unterschiedlichen Grenzfrequenzen bei. Die Schichtdicke einer Funktionsschicht bestimmt den Anteil der von ihr absorbierten Strahlleistung. Je dicker die Funktionsschicht ist, desto größer ist die von ihr absorbierte Strahlleistung.Functional layers, that differ in terms of their band gap, are suitable for electromagnetic radiation from a different To absorb cutoff frequency. That is, these functional layers then carry to generate an electrical signal from different Cut-off frequencies at. The layer thickness of a functional layer determined the proportion of the beam power absorbed by it. The thicker the Functional layer is the bigger the beam power absorbed by it.

Bevorzugt ist zumindest eine Funktionsschicht des aktiven Bereichs geeignet, elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zu absorbieren, der größer als die Zentralwellenlänge ist. Die Funktionsschichten bestimmen hauptsächlich die langwellige Seite der Detektorempfindlichkeit, derart, dass das Profil der Detektorempfindlichkeit im langwelligen Bereich, das heißt, bei Wellenlängen größer der Zentralwellenlänge, zumindest stellenweise besonders gut an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung angepasst ist.Prefers if at least one functional layer of the active region is suitable, to absorb electromagnetic radiation in a wavelength range, the bigger than the central wavelength is. The functional layers mainly determine the long-wavelength side the detector sensitivity, such that the profile of the detector sensitivity in the long wavelength range, that is, at wavelengths greater than Center wavelength, at least in places particularly well to the given spectral sensitivity distribution is adjusted.

Der hier beschriebene Strahlungsdetektor macht sich dabei unter anderem die Erkenntnis zunutze, dass durch eine Mehrzahl unterschiedlicher Funktionsschichten im aktiven Bereich eine besonders gute Anpassung der Detektorempfindlichkeit an eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung erreicht sein kann.Of the Here, radiation detector described here makes it among others exploit the knowledge that through a plurality of different functional layers in the active region, a particularly good adaptation of the detector sensitivity reached to a predetermined spectral sensitivity distribution can be.

Durch Anpassung von Bandlücke und Schichtdicke einzelner Funktionsschichten ist eine besonders genaue Modellierung der Detektorempfindlichkeit entsprechend der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung möglich. Dabei bestimmt die Schichtdicke einer Funktionsschicht den Anteil der in ihr absorbierten Strahlungsleistung und die Bandlücke der Funktionsschicht bestimmt die Wellenlänge der absorbierten Strahlung. Über die Ausgestaltung der Funktionsschichten kann der aktive Bereich so ausgebildet werden, dass sich das vom Strahlungsdetektor erzeugte Signal – zum Beispiel der Fotostrom oder davon abhängige Größen – gemäß der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung verhält. Insbesondere gilt dies vorzugsweise für die langwellige Seite der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung mit Wellenlängen größer als die Zentralwellenlänge.By Adjustment of band gap and layer thickness of individual functional layers is a special accurate modeling of detector sensitivity according to predetermined sensitivity distribution possible. The layer thickness determines a functional layer the proportion of radiation power absorbed in it and the band gap the functional layer determines the wavelength of the absorbed radiation. About the Design of the functional layers, the active region can be formed be that the signal generated by the radiation detector - for example the photocurrent or dependent on it Sizes - according to the given spectral sensitivity distribution behaves. This is especially true preferably for the long-wavelength side of the given spectral sensitivity distribution with wavelengths bigger than that Central wavelength.

Der Fotostrom wird dabei bevorzugt über genau eine Kathode und genau eine Anode abgegriffen.Of the Photo stream is preferred over exactly one cathode and exactly one anode tapped.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind die Funktionsschichten so angeordnet, dass die Bandlücken der Funktionsschichten von einem Zentralbereich des aktiven Bereichs ausgehend in Richtung parallel zur Haupt-Einfallsrichtung der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung zur Strahlungseintrittsseite des aktiven Bereichs hin und in die entgegengesetzte Richtung zunehmen. Vom Zentralbereich ausgehend nehmen die Bandlücken der Funktionsschichten vorzugsweise stufenartig zu, sodass sich in Richtung der einfallenden Strahlung und der dieser Richtung entgegen gesetzten Richtung ein vom Zentralbereich aus stufenartig abfallendes Profil der Bandlücken ergibt. Im Zentralbereich erzeugte Ladungsträger (zum Beispiel Elektronen-Loch-Paare) können damit aufgrund der verringerten Potenzialbarrieren den Zentralbereich vergleichsweise unbehindert verlassen, wodurch die Effizienz des Strahlungsdetektors erhöht werden kann.At least an embodiment of the Radiation detector, the functional layers are arranged so that the band gaps the functional layers of a central area of the active area starting in the direction parallel to the main direction of incidence of the detecting electromagnetic radiation to the radiation entrance side increase in the active region and in the opposite direction. Starting from the central area take the band gaps of the functional layers preferably in a stepwise manner, so that in the direction of the incident Radiation and the direction opposite this direction From the central area results in a gradual sloping profile of the band gaps. In the central area generated charge carriers (for example, electron-hole pairs) can thus due to the reduced potential barriers the central area leave relatively unhindered, reducing the efficiency of the Radiation detector can be increased can.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors enthält der aktive Bereich zumindest ein organisches Halbleitermaterial wie zum Beispiel konjugierte Polymere, Polymer-Blend, Polymer/Molekül-Polyblend. Beispielsweise enthält der aktive Bereich eines der folgenden Materialien: oligomere Thiophene, SY-PPV.At least an embodiment of the Contains radiation detector the active region is at least one organic semiconductor material such as conjugated polymers, polymer blend, polymer / molecule polyblend. For example, contains the active range of one of the following materials: oligomeric thiophenes, SY-PPV.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors enthält auch der Filterbereich ein organisches Material. Vorzugsweise enthält der Filterbereich ein elektrisch leitfähiges organisches Material, das geeignet ist, im aktiven Bereich erzeugte Ladungsträger elektrisch zu leiten.At least an embodiment of the Contains radiation detector also the filter area an organic material. Preferably, the filter area contains an electrically conductive organic material that is suitable in the active area generated charge carrier electrically conduct.

Geeignete organische Materialien für den aktiven Bereich und/oder den Filterbereich sind beispielsweise in der Druckschrift „Recombination and loss analysis in polythiophene based bulk heterojunction photodetectors", Pavel Schilinsky et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 81, No. 20, 11. November 2002, Seiten 3885 bis 3887 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt bezüglich der dort beschriebenen Materialien hiermit explizit durch Rückbezug aufgenommen ist.suitable organic materials for the active area and / or the filter area are for example in the publication "Recombination and loss analysis in polythiophene based bulk heterojunction photodetectors ", Pavel Schilinsky et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 81, no. 20, November 11, 2002, pages 3885 to 3887, whose disclosure content with respect to Materials described hereby explicitly by reference is included.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist der Filterbereich vorgesehen, elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zu absorbieren, der Wellenlängen kleiner der Zentralwellenlänge umfasst. Das heißt, der Filterbereich des Strahlungsdetektors bestimmt vorzugsweise die kurzwellige Seite der Detektorempfindlichkeit. Mit Hilfe des Filterbereichs kann die kurzwellige Seite der Detektorempfindlichkeit, die Wellenlängen kleiner der Zentralwellenlänge umfasst, gemäß der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung eingestellt werden.At least an embodiment of the Radiation detector is provided the filter area, electromagnetic Radiation in a wavelength range to absorb the wavelengths smaller the central wavelength includes. That is, the Filter range of the radiation detector preferably determines the short-wave side of the detector sensitivity. With the help of the filter area can the shortwave side of the detector sensitivity, the wavelengths smaller the central wavelength includes, according to the specified Sensitivity distribution can be adjusted.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst der Filterbereich wenigstens zwei verschiedene Filterschichten. Verschiedene Filterschichten können sich dann hinsichtlich ihrer Schichtdicke und/oder ihres Absorptionsbereiches voneinander unterscheiden. Insbesondere können jeweils zwei beliebige Filterschichten des Filterbereichs unterschiedliche Bandlücken, das heißt, unterschiedliche Absorptionsbereiche und/oder Schichtdicken aufweisen.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the filter region comprises at least two different filter layers. Different filter layers can then differ from each other in terms of their layer thickness and / or their absorption range. In particular, any two filter layers of the fil Have different band gaps, that is, different absorption areas and / or layer thicknesses.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind der aktive Bereich und der Filterbereich derart zueinander angeordnet, dass in den Strahlungsdetektor einfallende elektromagnetische Strahlung zunächst durch den Filterbereich tritt, bevor sie in den aktiven Bereich gelangt. Dabei ist es möglich, dass elektromagnetische Strahlung durch eine der Elektroden des Strahlungsdetektors tritt. Bevorzugt tritt die elektromagnetische Strahlung von einer Elektrode in den Filterbereich und von dort in den aktiven Bereich. Beispielsweise tritt elektromagnetische Strahlung durch die Kathode in den Filterbereich. Es ist aber auch möglich, dass die elektromagnetische Strahlung durch die Anode in den Filterbereich gelangt.At least an embodiment of the Radiation detectors are the active area and the filter area arranged in such a way that incident in the radiation detector electromagnetic radiation first passes through the filter area before entering the active area arrives. It is possible that electromagnetic radiation through one of the electrodes of the Radiation detector occurs. Preferably, the electromagnetic occurs Radiation from an electrode into the filter area and from there into the active area. For example, electromagnetic radiation occurs through the cathode into the filter area. But it is also possible that the electromagnetic radiation through the anode into the filter area arrives.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung die des menschlichen Auges. Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung ist dabei durch die V(λ)-Kurve gemäß CIE definiert. Das heißt, die Detektorempfindlichkeit des Strahlungsdetektors ist an die menschliche Augenempfindlichkeit angepasst. Die Zentralwellenlänge beträgt dabei circa 555 Nanometer.At least an embodiment is the given spectral sensitivity distribution of the human eye. The spectral sensitivity distribution is thereby by the V (λ) curve defined according to CIE. This means, the detector sensitivity of the radiation detector is to the human Eye sensitivity adjusted. The central wavelength is thereby about 555 nanometers.

Im Folgenden wird der hier beschriebene Strahlungsdetektor anhand von beispielhaften Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher beschrieben. Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile der Figuren sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile, sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt.in the Below, the radiation detector described here is based on exemplary embodiments and its associated Figures closer described. Same or equal components of the figures are provided with the same reference numerals. The illustrated Components, as well as the proportions the constituents are not to be considered as true to scale. Much more Some details of the figures are exaggerated for better understanding shown big.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen Strahlungsdetektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 shows a schematic sectional view of a radiation detector described herein according to a first embodiment.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen Strahlungsdetektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 2 shows a schematic sectional view of a radiation detector described herein according to a second embodiment.

3 zeigt Absorptionsspektren für verschiedene Funktionsschichten des aktiven Bereichs sowie für Filterschichten eines Strahlungsdetektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 3 shows absorption spectra for different functional layers of the active region and for filter layers of a radiation detector according to another embodiment.

4 zeigt ein Absorptionsspektrum für eine Funktionsschicht des aktiven Bereichs eines Strahlungsdetektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 4 shows an absorption spectrum for a functional layer of the active region of a radiation detector according to another embodiment.

5 zeigt qualitative Darstellungen des spektralen Verlaufs der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges und der Detektorempfindlichkeit für zwei Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen Strahlungsdetektors sowie die Detektorempfindlichkeit eines siliziumbasierten Strahlungsdetektors. 5 shows qualitative representations of the spectral profile of the given sensitivity distribution of the human eye and the detector sensitivity for two embodiments of the radiation detector described herein and the detector sensitivity of a silicon-based radiation detector.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen Strahlungsdetektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 shows a schematic sectional view of a radiation detector described herein according to a first embodiment.

Der Strahlungsdetektor weist zum Beispiel ein Substrat 1 auf. Bei dem Substrat 1 handelt es sich zum Beispiel um ein Glassubstrat oder um eine Platte, die ein transparentes Kunststoffmaterial enthält. Das Substrat 1 kann dabei ferner flexibel ausgeführt sein. Dazu kann das Substrat 1 beispielsweise durch eine Folie gegeben sein. Vorzugsweise ist dann der gesamte Strahlungsdetektor flexibel ausgebildet. Flexibel ausgebildet bedeutet dabei unter anderem, dass der Strahlungsdetektor biegbar ist und vorzugsweise eine Mehrzahl von Biegezyklen unbeschadet überstehen kann.The radiation detector has, for example, a substrate 1 on. At the substrate 1 For example, it is a glass substrate or a plate containing a transparent plastic material. The substrate 1 can also be made flexible. This can be done by the substrate 1 be given for example by a film. Preferably, then the entire radiation detector is flexible. In this case, flexible design means, inter alia, that the radiation detector is bendable and can preferably survive a plurality of bending cycles without damage.

Auf das Substrat 1 ist eine Elektrode aufgebracht – beispielsweise eine Anode 2. Die Anode 2 weist vorzugsweise eine hohe Austrittsarbeit für Elektronen auf. Beispielsweise besteht die Anode 2 aus einem TCO-Material (transparent conducting oxide) wie zum Beispiel ein Indiumzinnoxid (ITO). Substrat 1 und Anode 2 sind vorzugsweise für die vom Strahlungsdetektor zu detektierende elektromagnetische Strahlung 9 zumindest teilweise durchlässig. Das heißt, sie absorbieren im Strahlungsdetektor zu detektierende elektromagnetische Strahlung nicht oder nur kaum.On the substrate 1 is an electrode applied - for example, an anode 2 , The anode 2 preferably has a high work function for electrons. For example, there is the anode 2 from a TCO material (transparent conducting oxide) such as an indium tin oxide (ITO). substratum 1 and anode 2 are preferably for the electromagnetic radiation to be detected by the radiation detector 9 at least partially permeable. This means that they do not or only barely absorb electromagnetic radiation to be detected in the radiation detector.

Auf die Anode 2 ist ein Filterbereich 3 aufgebracht. Der Filterbereich 3 umfasst vorzugsweise zumindest zwei Filterschichten 3a und 3b, die sich hinsichtlich Schichtdicke und Absorptionsspektrum voneinander unterscheiden können. Bevorzugt enthalten die Filterschichten 3a, 3b ein organisches Halbleitermaterial. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Filterbereich lochleitend ausgebildet. Beispielsweise enthält zumindest eine der Filterschichten 3a, 3b ein oligomeres Thiophen.On the anode 2 is a filter area 3 applied. The filter area 3 preferably comprises at least two filter layers 3a and 3b , which may differ from each other in terms of layer thickness and absorption spectrum. The filter layers preferably contain 3a . 3b an organic semiconductor material. In the embodiment of 1 the filter area is formed hole-conducting. For example, at least one of the filter layers contains 3a . 3b an oligomeric thiophene.

3 zeigt in Kurve 31 ein beispielhaftes Absorptionsspektrum für die Filterschicht 3a und in Kurve 32 ein beispielhaftes Absorptionsspektrum für die Filterschicht 3b. Der Filterbereich 3 umfasst beispielsweise eine Filterschicht 3a, die aus dem oligomeren Thiophen AB2. besteht. Die Dicke der Filterschicht 3a beträgt dann bevorzugt circa 160 nm. Das Absorptionsmaximum der Filterschicht 3a liegt dabei bei 445 Nanometer, das der Filterschicht 3b liegt bei 525 Nanometer. 3 shows in curve 31 an exemplary absorption spectrum for the filter layer 3a and in curve 32 an exemplary absorption spectrum for the filter layer 3b , The filter area 3 includes, for example, a filter layer 3a prepared from the oligomeric thiophene AB2. consists. The thickness of the filter layer 3a is then preferably about 160 nm. The absorption maximum of the filter layer 3a lies at 445 nanometers, that of the filter layer 3b is 525 nanometers.

Direkt an dem Filterbereich 3 schließt sich der aktive Bereich 4 an. Der aktive Bereich 4 ist beispielsweise auf den Filterbereich 3 aufgebracht. Der aktive Bereich 4 ist zur Signalerzeugung geeignet. Das heißt, im aktiven Bereich 4 werden durch die einfallende Strahlung 9, die durch den Filterbereich 3 gelangt, Ladungsträgerpaare erzeugt, die zum Beispiel im Detektor 6 als elektrisches Signal nachweisbar sind. Der Strahlungsdetektor ist dazu bevorzugt mittels einer Spannungsquelle 7 in Sperrrichtung beschaltet.Directly at the filter area 3 closes the active area 4 at. The active area 4 is for example on the filter area 3 applied. The active area 4 is suitable for signal generation. That is, in the active area 4 be by the incident radiation 9 passing through the filter area 3 arrives, pairs of charge generated, for example, in the detector 6 are detectable as an electrical signal. The radiation detector is for this purpose preferably by means of a voltage source 7 wired in the reverse direction.

Der aktive Bereich 4 umfasst besonders bevorzugt unterschiedliche Komponenten für den Transport von Löchern und von Elektronen. Diese Komponenten liegen beispielsweise in einem Gemisch in Form einer so genannten "Bulk Hetero Junction" vor. In einer solchen "Bulk Hetero Junction" sind die beiden Komponenten – das heißt, die Komponenten für den Transport von Löchern und die Komponenten für den Transport von Elektronen – auf einer sub-μm Skala in zwei verschiedene, jeweils in sich zusammenhängende Phasen getrennt. Die Lochleiterkomponente kann beispielsweise aus Polythiophenen, Oligothiophenen, oder Polyphenylenvinylen-Derivaten – das heißt, PPVs wie zum Beispiel der Farbstoff Super Yellow (SY-PPV) – bestehen oder zumindest eines dieser Materialen enthalten.The active area 4 more preferably comprises different components for the transport of holes and electrons. These components are present for example in a mixture in the form of a so-called "bulk hetero junction". In such a "bulk heterojunction" the two components - that is, the components for the transport of holes and the components for the transport of electrons - are separated on a sub-μm scale into two different, in each case coherent phases. The hole conductor component can consist, for example, of polythiophenes, oligothiophenes, or polyphenylenevinylene derivatives-that is to say, PPVs such as, for example, the dye Super Yellow (SY-PPV) -or at least one of these materials.

Die Elektronleiterkomponente kann beispielsweise aus einem Fulleren (C60 oder C70) oder einem Fullerenderivat wie Phenyl-C61-buttersäuremethylester (PCBM) bestehen oder wenigstens eines dieser Materialen enthalten.The Electron conductor component can, for example, a fullerene (C60 or C70) or a fullerene derivative such as phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) or contain at least one of these materials.

Der aktive Bereich 4 umfasst wenigstens zwei Funktionsschichten 4a, 4b die sich hinsichtlich Schichtdicke und/oder Absorptionsspektrum voneinander unterscheiden. Das Absorptionsspektrum wird bevorzugt von der lochleitenden Komponente dominiert, so dass beispielsweise für die beiden Teilschichten 4a, 4b die elektronenleitende Komponente gleich gewählt wird und nur die lochleitende Komponente variiert wird.The active area 4 includes at least two functional layers 4a . 4b which differ from each other in terms of layer thickness and / or absorption spectrum. The absorption spectrum is preferably dominated by the hole-conducting component, so that, for example, for the two partial layers 4a . 4b the electron-conducting component is chosen the same and only the hole-conducting component is varied.

Der aktive Bereich 4 umfasst beispielsweise eine Funktionsschicht 4a, die aus oligomeren Thiophen AB1 besteht. Die Dicke der Funktionsschicht 4a beträgt dann bevorzugt circa 150 nm. Die Funktionsschicht 4a weist beispielsweise das in Kurve 32 in 3 gezeigte Absorptionsspektrum mit einem Absorptionsmaximum bei 525 Nanometer auf. Die Funktionsschicht 4b kann beispielsweise das in Kurve 33 gezeigte Absorptionsspektrum mit einem Maximum bei 650 Nanometer aufweisen. Beispielsweise enthält der aktive Bereich ein organisches Halbleitermaterial wie oligemere Thiophene unterschiedlicher Zusammensetzung. Auf dem aktiven Bereich 4 ist bevorzugt eine zweite Elektrode – beispielsweise eine Kathode 5 aufgebracht. Die Kathode 5 weist bevorzugt eine besonders kleine Austrittsarbeit für Elektronen auf. Zum Beispiel enthält die Kathode 5 ein Metall oder eine Metalllegierung. Vorzugsweise enthält die Kathode 5 wenigstens eines der folgenden Materialien: Ca, Ba, Al, Ag. Weiter ist es möglich, dass eine Schicht die zum Beispiel aus Aluminium oder Silber bestehen kann auf der dem Substrat 1 abgewandten Oberfläche der Kathode 5 aufgebracht ist, welche die Kathode 5 gegen äußere, beispielsweise atmosphärische Einflüsse oder Feuchtigkeit schützt.The active area 4 includes, for example, a functional layer 4a consisting of oligomeric thiophene AB1. The thickness of the functional layer 4a is then preferably about 150 nm. The functional layer 4a for example, points to the curve 32 in 3 shown absorption spectrum with an absorption maximum at 525 nanometers. The functional layer 4b For example, in Curve 33 have shown absorption spectrum with a maximum at 650 nanometers. For example, the active region contains an organic semiconductor material such as oligemere thiophenes of different composition. On the active area 4 is preferably a second electrode - for example, a cathode 5 applied. The cathode 5 preferably has a particularly small work function for electrons. For example, the cathode contains 5 a metal or a metal alloy. Preferably, the cathode contains 5 at least one of the following materials: Ca, Ba, Al, Ag. Further, it is possible that a layer of, for example, aluminum or silver may exist on the substrate 1 remote surface of the cathode 5 is applied, which is the cathode 5 protects against external, such as atmospheric influences or moisture.

5 zeigt in Kurve 53 eine Detektorempfindlichkeit für einen Strahlungsdetektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Weiter zeigt 5 die spektrale Augenempfindlichkeitsverteilung 51 V (λ) gemäß CIE mit einer Zentralwellenlänge λ0 bei 550 Nanometer. Kurve 54 zeigt zum Vergleich die Detektorempfindlichkeit eines handelsüblichen Siliziumdetektors. Der kurzwellige Bereich für Wellenlängen kleiner λ0 ist im Strahlungsdetektor hauptsächlich durch den Filterbereich 3 bestimmt. Der langwelligere Bereich der Detektorempfindlichkeit ist hauptsächlich durch den aktiven Bereich 4 bestimmt. Die Detektorempfindlichkeit kann auf diese Weise mit einer Abweichung von höchstens 20 %, bevorzugt höchstens 10 %, besonders bevorzugt höchstens 5 an die Augenempfindlichkeitsverteilung 51 V (λ) angepasst werden. 5 shows in curve 53 a detector sensitivity for a radiation detector according to the first embodiment. Next shows 5 the spectral ocular sensitivity distribution 51 V (λ) according to CIE with a central wavelength λ0 at 550 nanometers. Curve 54 shows for comparison the detector sensitivity of a commercially available silicon detector. The short-wave range for wavelengths smaller than λ0 is mainly in the radiation detector through the filter area 3 certainly. The longer wavelength range of detector sensitivity is mainly through the active region 4 certainly. The detector sensitivity can in this way with a deviation of at most 20%, preferably at most 10%, particularly preferably at most 5 to the eye sensitivity distribution 51 V (λ) can be adjusted.

Die Kurve 52 zeigt die Detektorempfindlichkeit für einen Strahlungsdetektor gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem der aktive Bereich ein SY-PPV-Material enthält. Ein beispielhaftes Absorptionsspektrum für eine Funktionsschicht aus diesem Material ist in 4 gezeigt.The curve 52 shows the detector sensitivity for a radiation detector according to another embodiment, wherein the active region contains a SY-PPV material. An exemplary absorption spectrum for a functional layer of this material is in 4 shown.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Strahlungsdetektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel tritt die zu detektierende elektromagnetische Strahlung 9 durch die Kathode 5 in den Strahlungsdetektor ein. In Einfallsrichtung sind der Kathode 5 der Filterbereich 3 und der aktive Bereich 4 nachgeordnet. Die Kathode 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise so dünn gewählt, dass die durch sie tretende Strahlung kaum oder gar nicht absorbiert. Die Schichten 2, 3, 4, 5 sind beispielsweise durch eine Verkapselung 8 verkapselt, die vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoff oder aus Glas besteht. 2 shows a schematic sectional view of a radiation detector according to a second embodiment. In this embodiment, the electromagnetic radiation to be detected occurs 9 through the cathode 5 into the radiation detector. In the direction of incidence are the cathode 5 the filter area 3 and the active area 4 downstream. The cathode 5 In this embodiment, it is preferably chosen to be so thin that the radiation passing through it hardly or not at all absorbs radiation. The layers 2 . 3 . 4 . 5 are for example by an encapsulation 8th encapsulated, which preferably consists of a transparent plastic or glass.

Zur Herstellung eines Strahlungsdetektors gemäß der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es zum Beispiel möglich, dass die Filterschichten des Filterbereichs 3 und die Funktionsschichten des aktiven Bereichs 4 nacheinander aufgeschleudert, aufgerakelt, aufgedampft oder aufgedruckt werden. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Herstellung des Strahlungsdetektors ermöglicht.In order to produce a radiation detector according to the exemplary embodiments described, it is possible, for example, for the filter layers of the filter region 3 and the functional layers of the active region 4 be spin-coated, knife-dried, evaporated or printed. In this way, a simple and inexpensive production of the radiation detector is possible.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination of Features themselves not explicitly in the claims or embodiments is specified.

Claims (10)

Strahlungsdetektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung (9) gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung (51), die ein Maximum bei einer vorgegebenen Zentralwellenlänge (λ0) aufweist, mit – einer Kathode (5), – einer Anode (2), – einem zur Strahlungsdetektion vorgesehenen und zur Signalerzeugung geeigneten aktiven Bereich (4), der ein organisches Halbleitermaterial enthält, und – einem zur Strahlungsabsorption vorgesehenen Filterbereich (3), wobei der aktive Bereich (4) und der Filterbereich (3) zwischen der Kathode (5) und der Anode (2) angeordnet sind.Radiation detector for the detection of electromagnetic radiation ( 9 ) according to a predetermined spectral sensitivity distribution ( 51 ) having a maximum at a given central wavelength (λ0), comprising - a cathode ( 5 ), - an anode ( 2 ), - an active area provided for radiation detection and suitable for signal generation ( 4 ) containing an organic semiconductor material, and - a filter region provided for absorbing radiation ( 3 ), where the active area ( 4 ) and the filter area ( 3 ) between the cathode ( 5 ) and the anode ( 2 ) are arranged. Strahlungsdetektor gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der aktive Bereich (4) mindestens zwei verschiedene Funktionsschichten (4a, 4b) umfasst.Radiation detector according to the preceding claim, in which the active region ( 4 ) at least two different functional layers ( 4a . 4b ). Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest zwei Funktionsschichten (4a, 4b) voneinander verschiedene optische Bandlücken aufweisen.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which at least two functional layers ( 4a . 4b ) have mutually different optical band gaps. Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest eine Funktionsschicht (4a, 4b) des aktiven Bereichs Strahlung in einem Wellenlängenbereich absorbiert, der Wellenlängen umfasst, die größer als die Zentralwellenlänge (λ0) sind.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which at least one functional layer ( 4a . 4b ) of the active region absorbs radiation in a wavelength range comprising wavelengths greater than the central wavelength (λ0). Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Filterbereich (3) ein organisches Material enthält.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which the filter region ( 3 ) contains an organic material. Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Filterbereich (3) vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zu absorbieren, der Wellenlängen umfasst, die kleiner als die Zentralwellenlänge (λ0) sind.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which the filter region ( 3 ) is arranged to absorb electromagnetic radiation in a wavelength range comprising wavelengths smaller than the central wavelength (λ0). Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Filterbereich (3) mindestens zwei verschiedene Filterschichten (3a, 3b) umfasst.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which the filter region ( 3 ) at least two different filter layers ( 3a . 3b ). Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung durch die Anode (2) in den aktiven Bereich (4) gelangt.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which at least part of the electromagnetic radiation to be detected by the anode ( 2 ) into the active area ( 4 ). Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung durch die Kathode (5) in den aktiven Bereich (4) gelangt.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein at least a part of the electromagnetic radiation to be detected by the cathode ( 5 ) into the active area ( 4 ). Strahlungsdetektor gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung (51) die des menschlichen Auges ist.Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the predetermined spectral sensitivity distribution ( 51 ) that is the human eye.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007033947A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-22 Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. Method for continuous measurement of radiation immission, involves adjusting thermo probe on given operating temperature and calibration of thermo probe takes place by adjusting temperature equilibrium

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