有机单晶光电晶体管具有高增益、低噪声等优势,在弱光探测、光存储、图像传感等领域有着广泛的应用前景。目前,有机单晶光电晶体管的性能已经得到了较大的提升,但仍然存在对弱光的探测率低及器件集成度较低等问题,无法满足高分辨率图像传感的要求。因此,本论文以光电性质优异的苯并噻吩类有机半导体为基础,从器件结构设计及其单晶图案化两方面开展工作,提高弱光探测的能力和成像的分辨率,具体如下:1.光电流放大型的有机单晶光电晶体管的设计及其在弱光探测和仿生光子学器件中的应用在本工作中,我们提出一种新型的基于C8-BTBT（2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩）:PbSCQDs（胶体量子点）的光电流放大型有机光电晶体管器件（PA-OPT）,提高对弱光的探测能力。PA-OPT器件采用肖特基型场效应晶体管（SB-FET）的器件结构,其中光吸收层PbS CQDs夹在栅绝缘层中间以避免在载流子传输过程中直接引入缺陷态。在光照条件下,光生电子很容易被光吸收层/底层绝缘层界面处的电子捕获基团捕获,产生较大的光栅电压Vph。此外,PA-OPT器件依靠SB-FET产生的超陡亚阈值摆幅（SS）进一步增强光栅电压对沟道电导的调制,显著地放大弱光照射下引发的光电流。因此,PA-OPT器件能够检测到低至138 nW cm-2的弱光,并具有两个数量级的光敏度（P为376）。值得注意的是,PA-OPT器件在近红外区域展现出极低的噪声等效功率（NEP）为5.14 fW Hz-1/2和较高的光响应度（R）为11.8 A W-1,这意味着该器件的最小可检测光强度小于7.14 pW cm-2。基于该器件超高的弱光探测能力,我们展示了一种基于PA-OPT的光神经突触器件,在微弱的光照刺激下,成功模拟了人类视觉的图像识别和学习过程,为实现人工视觉和智能图像识别等仿生光子器件开辟了道路。2.有机半导体单晶阵列精确定点、定位图案化生长及其在高集成度有机光电晶体管中的应用在本工作中,我们展示了一种无溶剂的图案化方法,称为毛细管力驱动分子流（CFDMF）,成功制备了具有高分辨率和高保真度的C8-BTBT单晶阵列。在本方法中,C8-BTBT薄膜随着温度的升高会转变成液相。由于微沟道之间浸润性的差异,会产生毛细作用力来驱动C8-BTBT液体流进微沟道内部,并铺展开,随着温度的降低会快速重结晶形成图案化的单晶阵列。我们利用原位光学观察和掠入射X射线衍射（GIXRD）系统地观察C8-BTBT从薄膜转变为单晶阵列的相变过程,并采用COMOL模拟液体的流动行为进一步加深对该生长机制的理解。随后我们对单晶阵列的形貌进行扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）表征,晶体表面比较光滑且覆盖满整个微沟道。透射电子显微镜（TEM）和2D-GIXRD表征证明晶体的结晶质量高,取向均匀。因此,可以通过光刻技术来预先设计微沟道的图案位置和形状得到不同图案、高分辨率的C8-BTBT单晶阵列。基于这种方法,我们利用光刻对准技术成功制备出13 × 13的有机场效应晶体管（OFETs）矩阵电路,分辨率高达310 dpi。所有工作的OFETs均表现出良好的场效应晶体管特性,最大载流子迁移率为5.78 cm2V-1 s-1,平均载流子迁移率为4.44 cm2V-1 s-1,表明器件的性能波动小,为其应用于高分辨率图像成像奠定了基础。