КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-79-00341

НазваниеОрганические фототранзисторы с высоким пространственным разрешением

Руководитель Труханов Василий Андреевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт спектроскопии Российской академии наук , г Москва

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем

Ключевые слова Органическая электроника, органические полевые транзисторы, органические фототранзисторы, подвижность носителей заряда, фоточувствительность, пространственное разрешение, численное моделирование

Код ГРНТИ47.33.33

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Органические полупроводники являются перспективной основой для разработки таких устройств, как фототранзисторы, благодаря возможности точной настройки их электронных и оптических свойств путём изменения их молекулярной структуры, а также благодаря низкой стоимости, простоте производства и замечательным механическим свойствам. Фототранзисторы по своей структуре аналогичны полевым транзисторам, они состоят из слоев органического полупроводника (активного слоя), слоя диэлектрика, и имеют три электрода – сток исток и затвор. Сток и исток непосредственно контактируют с активным слоем, а затвор отделён от активного слоя слоем диэлектрика. Путём изменения напряжения на затворе можно управлять током между стоком и истоком и чувствительностью фототранзисторов (отношением фототока к мощности падающего излучения). Таким образом, фототранзисторы сочетают в себе свойства полевых транзисторов и фотодиодов. Фототранзисторы характеризуются такими параметрами, как чувствительность, отношение фототока к темновому току, спектр внешней квантовой эффективности, время отклика. Эффективные фототранзисторы должны быть амбиполярными, чтобы позволить генерируемым под действием света электронам и дыркам дать вклад в фототок. В данном проекте планируется разработать органические фототранзисторы с высоким пространственным разрешением. Под высоким пространственным разрешением в проекте подразумевается наличие фоточувствительной области малых размеров (много меньше длины канала), пространственное положение которой в канале фототранзистора может управляться напряжением на затворе. Такая фоточувствительная область в канале амбиполярного фототранзистора может быть образована следующим образом. В режиме амбиполярной проводимости канал транзистора можно разделить на три области: область дырочной проводимости, область электронной проводимости и переходная область между первыми двумя областями. Переходная область обеднена носителями зарядов, и основное падение напряжения происходит на ней. Следовательно, в переходной области образуется максимум напряжённости электрического поля, тогда как в областях дырочной и электронной проводимости электрическое поле снижено из-за эффекта экранирования большим количеством свободных носителей зарядов. Особенностью органических полупроводников является то, что эффективность разделения фотогененрируемых пар электронов и дырок (экситонов) зависит от внешнего электрического поля, и чем больше напряжённость поля, тем выше вероятность разделения. Таким образом, обеднённая носителями переходная область канала транзистора, в которой имеется максимум напряжённости электрического поля, будет являться фоточувствительной областью. Из литературных данных известно, что в амбиполярных органических полевых транзисторах ширина переходной области достигает 15-200 нм. В нашей недавней работе с помощью простой одномерной численной модели было показано, что в униполярном органическом фототранзисторе фоточувствительная область расположена вблизи одного из электродов, и наличие такой области обусловлено повышенной напряжённостью электрического поля. На первом этапе проекта планируется провести численное моделирование амбиполярного органического фототранзистора с помощью простой одномерной численной модели, основанной на уравнениях Пуассона, непрерывности, дрейфа и диффузии. С помощью данной модели будут определены параметры фототранзистора, при которых в канале возникает узкая фоточувствительная область, и при этом чувствительность фототранзистора будет достаточно высока. Будут определены зависимости пространственного положения фоточувствительной области от напряжения на затворе. Также планируется включить в модель зависимость от времени для расчёта быстродействия транзисторов. Также планируется применить двух- и трёхмерное моделирование фототранзистора с использованием системы технологического проектирования (TCAD) для обоснования результатов, полученных с помощью простой одномерной модели. Далее будет проведён подбор наиболее подходящих материалов и структур для изготовления эффективных органических фототранзисторов с высоким пространственным разрешением. На втором этапе планируется изготовление экспериментальных образцов органических фототранзисторов. Будет собрана экспериментальная установка для исследования пространственного разрешения фототранзисторов, в которой падающее оптическое излучение будет фокусироваться в малую область канала транзистора (размером менее микрометра), а положение этой области будет контролироваться с высокой точностью. С помощью данной установки будут исследованы зависимости фототока от положения освещаемой области канала транзистора, откуда будет определено положение фоточувствительной области для различных напряжений на затворе. Также будут исследованы спектры внешней квантовой эффективности, чувствительность, отношение фототока к темновому току и быстродействие (время отклика на прямоугольный импульс света) органических полевых фототранзисторов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---