[發(fā)明專利]一種光電探測(cè)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410405015.6
• 申請(qǐng)日: 2014-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN105355700B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王遠(yuǎn);彭文聯(lián)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/09
• 分類號(hào): H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 朱紅濤

一種光電探測(cè)器，包括導(dǎo)電電極和連接所述導(dǎo)電電極的光電導(dǎo)材料，所述光電導(dǎo)材料的主要成分是絕緣高分子和分散于其中的半導(dǎo)體納米粒子；所述導(dǎo)電電極的數(shù)目大于等于二。本發(fā)明的光電探測(cè)器不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成、毒性低等優(yōu)點(diǎn)，而且出人意料地表現(xiàn)出優(yōu)良的光電倍增效果，在可見光和近紅外光探測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電探測(cè)領(lǐng)域，涉及一種光電探測(cè)器，具體為一種具有優(yōu)異光電倍增效應(yīng)的半導(dǎo)體納米粒子/絕緣高分子量子結(jié)集合體單層光電探測(cè)器。

背景技術(shù)

光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件，按其響應(yīng)波長(zhǎng)可以分類為紫外光電探測(cè)器、可見光電探測(cè)器、近紅外光電探測(cè)器和中遠(yuǎn)紅外光電探測(cè)器。其中，近紅外光的探測(cè)在光通信、夜視、遙控、化學(xué)/生物監(jiān)測(cè)、譜學(xué)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

相對(duì)于無機(jī)光電探測(cè)器，有機(jī)光電探測(cè)器具有柔性好、制造成本低和材料選擇范圍廣闊等優(yōu)點(diǎn)，但是靈敏度相對(duì)偏低。光電探測(cè)器的靈敏度通常以外量子產(chǎn)率(ExternalQuantum Efficiency，EQE)來衡量，其定義為電路中收集到的電子數(shù)與入射光子數(shù)之比。高EQE對(duì)于高靈敏度檢測(cè)，尤其是對(duì)弱信號(hào)的檢測(cè)具有重要意義。光電倍增效應(yīng)是光電探測(cè)器EQE大于1的現(xiàn)象，在光電探測(cè)器中實(shí)現(xiàn)光電倍增是獲得高靈敏度的重要手段。

迄今對(duì)近紅外光具有高靈敏度的有機(jī)光電探測(cè)器的報(bào)道并不多，主要有幾個(gè)原因：在制備光電探測(cè)器常用的給體-受體體系中，光生激子分離為自由載流子需要給體-受體材料之間存在一定的能級(jí)差，而探測(cè)近紅外光需要較小的能隙，能隙的下降使得獲得與受體材料能級(jí)匹配度高的有機(jī)材料變得困難；能隙的下降使得激子復(fù)合變得容易從而減小載流子產(chǎn)生效率。

通常的有機(jī)光電探測(cè)器采用多層結(jié)構(gòu)。例如，Campbell and Crone報(bào)道了一種有機(jī)光電探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT/OSnNcCl2/BCP/Ca,其中ITO和Ca為電極材料，萘并酞菁衍生物OSnNcCl₂為載流子產(chǎn)生材料，PEDOT[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)]和BCP[2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline]分別為載流子遷移材料，該探測(cè)器對(duì)波長(zhǎng)為800nm和900nm的脈沖光(150Hz)的EQE分別為16和23(I.H.Campbell andB.K.Crone,Appl.Phys.Lett.2009,95,263302)。如何獲得具有高光電倍增效應(yīng)(即高EQE值)的近紅外光電探測(cè)器仍是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的課題。

另一方面，傳統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器不僅制造成本較高，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也給將其集成為陣列探測(cè)器帶來很多困難。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異光電倍增效應(yīng)的半導(dǎo)體納米粒子/絕緣高分子量子結(jié)集合體單層光電探測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種由半導(dǎo)體納米粒子/絕緣高分子量子結(jié)集合體組成的單層光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器由兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電電極和連接所述電極的由半導(dǎo)體納米粒子和絕緣高分子組成的量子結(jié)集合體構(gòu)成。

本發(fā)明器件的工作原理不同于傳統(tǒng)的光電探測(cè)器，其特征為光激發(fā)作用使所述納米粒子中的電子激發(fā)并在電場(chǎng)輔助作用下發(fā)生電荷分離，載流子在以所述電極施加的電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下隧穿通過由納米粒子和絕緣高分子構(gòu)成的量子結(jié)的集合體，形成光電流。此類光電探測(cè)器具有顯著的光電倍增效應(yīng)，可用于對(duì)可見光及近紅外光進(jìn)行靈敏檢測(cè)。

本發(fā)明提供的光電探測(cè)器的技術(shù)方案如下：

方案1：一種光電探測(cè)器，其特征是，包括導(dǎo)電電極和連接所述導(dǎo)電電極的光電導(dǎo)材料，所述光電導(dǎo)材料的主要成分是絕緣高分子和分散于其中的半導(dǎo)體納米粒子；所述導(dǎo)電電極的數(shù)目大于等于二。

方案2：如方案1所述的光電探測(cè)器，其特征是，所述導(dǎo)電電極包括透明導(dǎo)電玻璃、金屬、半導(dǎo)體、石墨稀、碳納米管中的至少一種。