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有机电子器件在传感器上的应用——有机光电耦合器的设计

袁永锋  
【摘要】:有机电子材料及其在各个领域的应用是近年来一个崭新的研究方向,它体现了化学与材料、电子等学科的结合,并逐渐形成一个新兴的行业——有机电子产业和新兴的一门学科——有机电子学。有机电子材料有时也称为有机半导体、导电聚合物、导电高分子、导电塑料、共轭聚合物等。有机电子材料作为一种新型电子材料,不但具备半导体的光学和电学特性,而且保留了有机物优良的加工处理和机械性能。 由于有机电子材料广阔的潜在应用前景,国内外投入了大量的研究力量。在1970年以前,人工合成的聚合物被当作绝缘体,通常用作电线、电缆的保护层。真正的突破出现在1977年,艾伦-黑格、艾伦·麦克迪尔米德、白川英树等人在美国物理学会Physical Review Letters发表了一篇文章,他们用卤素掺杂聚乙炔,使其具备了金属般的导电性。他们的工作开启了有机电子研究,随后相继出现了各种具备应用价值的有机电子器件。同时,有机电子材料的深入研究也开辟了凝聚态物理基础研究的新领域。 今天,大多数的电子设备使用的是用硅制作的芯片,而有机电子就是要用有机半导体材料来取代硅,制造晶体管和构成电子电路系统。 有机物种类多样,容易加工处理,有机电子材料也因为其许多独特的特性得到广泛的关注,如成本低、质量轻、可折叠弯曲、能够导电发光等等。利用有机电子材料可以制造发光二极管、发光电化学单元、光敏二极管、有机太阳能电池、有机场效应管、 WP=77 塑料电路等等。随着有机电子材料导电性、工作寿命、稳定性、可处理性等特性参数的提高和新的物理特性的发现,它们应用的范围也在快速的扩大。 有机发光二极管的发光性能有了很大提高,发光亮度为100cd/m2时,发光寿命可以达到103-104 小时。除了普通的应用外,其在传感器和光电子器件上也有广泛应用的潜能。本文对这种可能性做了初步研究,用有机发光二极管和光敏二极管组成了新型光电耦合器件,实现了电信号的隔离传输。试验表明,这种新型光电耦合器可用于低速模拟信号的线性隔离传输,传送方波信号时有明显失真,不适合数字信号传输。另外试验结果也给研究有机发光二极管中载流子迁移率提供了一些线索。 光敏接收端也可采用有机光敏二极管,因此可以将有机发光器件、有机光敏器件、有机放大电路集成在一起,做成全由有机半导体材料构成的轻质、低廉、小体积的集成光电器件。利用其柔性,可弯曲,占用空间小的特点,也可以做成形式多样的隔离传输线缆。 有机电子正在快速的从开始的基础研究发展到应用研究,许多有机电子器件尤其是发光器件和平板显示屏已经接近实用化的水平。用有机半导体、导体材料制造出各种电子器件、光电器件、光学器件的梦想正在逐步变为现实。


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