Ученые ЛЭТИ на основе органических красителей разработали фоточувствительные структуры, перспективные для использования в устройствах печатной оптоэлектроники
Оптоэлектроника – это область науки и техники, которая занимается изучением и использованием устройств и систем, сочетающих оптические и электрические процессы. Основная идея оптоэлектроники – преобразование света в электрический сигнал и наоборот, что позволяет создавать различные источники и приёмники излучения, а также системы передачи информации.
Среди возможностей, которые открывает оптоэлектроника, можно выделить развитие высокоскоростных систем связи (оптоволоконные линии связи, обеспечивающие передачу данных на большие расстояния с минимальными потерями), а также создание современных лазеров, светодиодов и фотоприемников, используемых в различных сферах – от бытовых приборов до промышленности и медицины. Однако для активного внедрения оптоэлектронных систем в различные сферы жизни требуется разработка новых материалов с оптимизированными физико-химическими свойствами и низкозатратных технологических процессов их производства.
«Мы разрабатываем фоточувствительные структуры на основе органических соединений и производных фуллерена, в частности на основе фталоцианинов металлов, являющихся распространенными красителями. Одним из главных преимуществ органических полупроводников является возможность создания электронных компонентов с использованием струйной печати или спрей-технологий. Это облегчает изготовление устройств большой площади и позволяет использовать гибкие подложки. Поэтому такие фоточувствительные структуры могут стать основой для оптоэлектронных компонентов нового поколения, в первую очередь – фотоприемников».
Инженер кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Марина Дмитриевна Павлова
Среди фталоцианинов научный коллектив наиболее активно разрабатывает структуры на основе фталоцианина меди (CuPc). Фоточувствительные структуры формируются на стеклянных подложках, покрытых слоем оксида олова, легированного фтором (FTO), выполняющего функцию прозрачного проводящего контакта. Поверх FTO наносится активный слой, именно в нём свет преобразуется в электрический сигнал. Чтобы этот процесс шёл эффективно, в состав активного слоя вводят два типа материалов: донорный и акцепторный. Они необходимы для диссоциации экситона (связанной пары электрона и дырки, возникающей при поглощении света) на свободные носители заряда. Для структур на основе CuPc, являющимся донором, наилучшие результаты по чувствительности были получены при использовании 3,4,9,10-перилентетракарбонового диангидрида (PTCDA) в качестве акцептора. Оба соединения являются красителями (CuPc – синий, PTCDA – красный). Формирование активного слоя осуществляется последовательным осаждением донорного и акцепторного материалов методом вакуумного термического испарения. Толщины активного слоя, как правило, составляют от 200 до 400 нанометров. Поверх активного слоя осаждаются металлические контакты, например из алюминия.
При разработке фоточувствительных структур большое внимание уделяется технологии формирования активного слоя. Научный коллектив лаборатории проводит серии экспериментов, позволяющая оценить влияние разных технологических параметров. Например, было установлено, что оптимальная температура подогрева подложки для осаждения слоя на основе CuPc составляет 60 градусов Цельсия, поскольку образцы, осажденные при этой температуре, демонстрировали наибольшее поглощение и наилучшую равномерность пленки. Для слоёв на основе PTCDA максимальное поглощение было достигнуто при температуре подложки 55 градусов Цельсия. Результаты этих экспериментов опубликованы в научном журнале Journal of Optical Technology.
«На основе разработанных технологических режимов в перспективе могут быть созданы фотоприемники для применения в системах связи, визуализации, спектроскопии, медицинской диагностике и других областях. Кроме того, разработанные структуры имеют более низкую себестоимость производства по сравнению с устройствами на основе традиционных неорганических полупроводников».
Доцент, руководитель Лаборатории органических фоточувствительных структур, заместитель заведующего кафедрой по научной работе кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Иван Анатольевич Ламкин
Исследование проводилось в Лаборатории органических фоточувствительных структур каф. Фотоники в рамках госзадания Минобрнауки России (проекты FSEE-2022-0016 и FSEE-2025-0013).
Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.
Подписывайтесь на наш канал в МАX
"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"