«Разработка компонентных составов, методов нанесения и анализ тонкопленочных покрытий для функциональных и буферных слоев фотодиодов.» (договор №37ГТС1РЭС14/72107 от 25.12.2021) (заключительный)

Отчет состоит из 226 страниц, содержит в себе 172 иллюстраций, 68 таблиц. Ключевые слова: фотодетектор, органический фотодиод, органическая электроника, тонкопленочная транзисторная матрица, перовскитный фотодиод, полевой транзистор, топология, фотоприемник, матрицы фотоприёмников. Настоящий отчет выполнен по проекту: «Разработка компонентных составов, методов нанесения и анализ тонкопленочных покрытий для функциональных и буферных слоев фотодиодов» (Договор № 37ГТС1РЭС14/72107 от 25.12.2021) Цель данного проекта заключается в разработке экспериментального прототипа фотодетекторов диодного типа (ФДДТ) на основе функциональных органических и перовскитных материалов и макета матричного фотодетектора(МФД), управляемого полевыми транзисторами для применения в области биометрии и персональной идентификации, детекции изображений. В ходе работы была разработана экономически эффективная, масштабируемая технология создания фотодетекторов диодного типа (ФДДТ) на основе органических и перовскитных полупроводников как p-i-n, так и n-i-p структуры ФД с широким кругом фотоактивных и транспортных материалов и поглощением от синего до ближнего инфракрасного диапазона. В рамках первого этапа выполнения проекта были разработаны компонентные составы тонкопленочных покрытий для тонкопленочных фотодетекторов диодного типа (ФДДТ) на основе функциональных органических и перовскитных материалов, материалов буфферных слоев, а также топология единичного фотодиода и литографических фотошаблонов для создания транзисторной структуры матричного фотодетектора (МФД). В рамках второго этапа выполнения проекта были разработаны методы и подходы для изготовления экспериментальных прототипов органических и перовскитных фотодиодов с чувствительностью в широком спектральном диапазоне, исследование их вольтамперных и спектральных характеристик чувствительности, а также разработана топология плоскопанельной транзисторной матрицы В рамках третьего этапа выполнения проекта целью стала разработка, создание и характеризация экспериментальных прототипов тонкопленочных фотодиодов с интегрированными нано-частицами кремния, отработка создания оттисков для наноимпринт-литографии, а также изготовление эскизного макета и/или экспериментального образца сенсорного элемента с использованием тонкопленочной транзисторной матрицы и фотодетекторного слоя, разработанных на первых двух этапах проекта. Для достижения цели в результате третьего этапа были решены следующие задачи: 1. Испытаны основные характеристики изготовленных транзисторных матриц. 2. Отработаны режимы синтеза нанофотонных структур. 3. Изготовлены полимерные штампы на основе полидиметилсилоксана с различным периодом дифракционной решетки. 4. Оптимизирован технологический цикл интеграции нанофотонных структур для увеличения эффективности органических фотодиодов. 5. Изготовлены прототипы перовскитных фотодиодов различной архитектуры с оптимальными параметрами. 6. Измерены вольтамперные характеристики фотодиодов. 7. Измерена спектральная чувствительность прототипов фотодиодов и внешней квантовой эффективности. 8. Измерены время отклика фотодетекторов, граничные частотные диапазоны применения, линейный диапазон чувствительности. 9. Измерены значения темнового тока изготовленных фотодетекторов и шумовые показатели устройств в зависимости от компонентного состава функциональных чернил. 10. Измерены обнаружительная способность и пороговые значения чувствительности фотодетекторов в зависимости от компонентного состава функциональных чернил. 11. Измерены значения темнового тока изготовленных фотодетекторов. 12. Разработана технологическая инструкция по изготовлению эскизного макета и/или экспериментального образца сенсорного элемента с использованием разработанной тонкопленочной транзисторной матрицы и фотодетекторного слоя. 13. Изготовлен экспериментальный макет и/или экспериментальный образец сенсорного элемента с использованием разработанной транзисторной матрицы и фотодетекторного слоя. 14. Проведена характеризация основных конструктивных решений МФД. Таким образом, предложенные растворные методы создания фотодиодов (ФД) позволили провести интеграцию разработанных диодных структур с транзисторными матрицами (IGZO-TFT) на третьем этапе. Широкий круг фотопоглащающих материалов на основе органических и гибридных органо-неорганических полупроводников открыли возможности для создания матричных фотосенсоров с широким спектральным охватом и функционалом. В данной работе также проведено проектирование и создание макета системы распознавания изображения (матричный фотодетектор) и разработана топология плоскопанельной транзисторной матрицы с размером пикселей 50 микрометров. Дизайн пикселя представлен формулой 1Т1С. Разработанная топология плоскопанельной транзисторной матрицы состоит из массива полевых транзисторов по технологии IGZO размерностью до 200x200 пикселей с плотностью 500 ppi и была протестирована при создании экспериментального образца тонкопленочного матричного фотодетектора на третьем этапе проекта. Полученный экспериментальный образец матричного фотодетектора обладает полной функциональностью для детектирования изображений, соотношение согланл/шум составило 46 дБ, а частота сканирования до 20 Гц. По результатам исследований сформированы рекомендации для перехода к производству прототипа матричного фотосенсора с уровнем готовности УТГ 7.