[發(fā)明專利]一種日盲紫外鈣鈦礦光電探測器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011457667.6
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112563420A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉智勇;廖廣蘭;史鐵林;孫博;劉星月;葉海波;張?jiān)S寧
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);深圳華中科技大學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 陳燦;李智

本發(fā)明屬于日盲光電探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種日盲紫外鈣鈦礦光電探測器及其制備方法。本發(fā)明日盲紫外鈣鈦礦光電探測器，沿光的進(jìn)入方向，依次設(shè)置有濾光層、下轉(zhuǎn)換發(fā)光窗口層、導(dǎo)電玻璃層、鈣鈦礦光敏層和金屬電極層，所述下轉(zhuǎn)換發(fā)光窗口層能夠?qū)⑷彰ぷ贤夤廪D(zhuǎn)化為熒光，所述鈣鈦礦光敏層能夠?qū)晒廪D(zhuǎn)換為電信號(hào)。本發(fā)明將鈣鈦礦可見光探測器和下轉(zhuǎn)化窗口層進(jìn)行集成，日盲紫外光首先被下轉(zhuǎn)換層薄膜吸收后轉(zhuǎn)換為肉眼可見的熒光，再由鈣鈦礦可見光探測器捕獲并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)導(dǎo)出，有效克服了傳統(tǒng)鈣鈦礦材料的光譜響應(yīng)限制，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于日盲光電探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種日盲紫外鈣鈦礦光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

紫外光電探測器在民用和軍用方面具有眾多應(yīng)用，比如生物、化學(xué)分析、火焰?zhèn)鞲小㈦[蔽空對空通信、導(dǎo)彈跟蹤和環(huán)境監(jiān)測等。由于大氣中的臭氧和水蒸氣顆粒物對深紫外光具有極強(qiáng)吸收，波長短于280nm的太陽輻射在地球表面幾乎不存在，所以稱這段光為日盲區(qū)。由于日盲區(qū)的自然背景低，在此光譜范圍中工作的光電探測器具有高信噪比和低誤報(bào)率等優(yōu)點(diǎn)。商業(yè)上使用的日盲探測器通常是體積龐大并且易碎的光電倍增管，且需較大偏置電壓，限制了它們的使用。基于寬禁帶半導(dǎo)體材料(金剛石、氧化鎵、GaAlN、ZnMgO等)的日盲光電探測器有高輻射強(qiáng)度、固有日盲吸收等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是光電倍增管的潛在替代品。但制備該類日盲紫外光電探測器所需的基底價(jià)格昂貴，且工藝過程中所采用的MOCVD(金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積)、MBE(分子束外延)、PLD(脈沖激光沉積)、磁控濺射等真空鍍膜工序，也使得高性能器件的制備成本居高不下。另外，基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的日盲光電探測器工作時(shí)還需外接較高的偏壓來促進(jìn)光生載流子運(yùn)輸，使得電能損耗較大。

2009年，有機(jī)-無機(jī)金屬雜化鈣鈦礦材料以新一代極具潛力的光受體在光電領(lǐng)域出現(xiàn)，拉開了鈣鈦礦光電器件研究的序幕。得益于鈣鈦礦材料自身出色的光電導(dǎo)、禁帶可調(diào)、高吸收系數(shù)、低的激子結(jié)合能等優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料受光照激發(fā)時(shí)，能表現(xiàn)出快速的光響應(yīng)特性，是高性能光電探測器的理想材料。目前已報(bào)道的鈣鈦礦光電探測器在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍以及響應(yīng)速度等方面已明顯優(yōu)于有機(jī)光電探測器及量子點(diǎn)光電探測器，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。另外，基于鈣鈦礦的核心光電轉(zhuǎn)換材料具有廉價(jià)、可溶液制備的特點(diǎn)，便于采用不需要真空條件的卷對卷技術(shù)制備，為鈣鈦礦光電探測器的大規(guī)模、低成本制造提供可能。

然而，由于受禁帶寬度影響，鈣鈦礦光敏材料的光電轉(zhuǎn)化范圍一般在350nm-800nm之間，對日盲紫外光的響應(yīng)度較低，阻礙了日盲紫外鈣鈦礦光電探測器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本發(fā)明提供了一種日盲紫外鈣鈦礦光電探測器，日盲紫外光首先被下轉(zhuǎn)換層薄膜吸收后轉(zhuǎn)換為肉眼可見的熒光，再由鈣鈦礦可見光探測器捕獲并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)導(dǎo)出。這種新型日盲紫外鈣鈦礦光電探測器可有效克服傳統(tǒng)鈣鈦礦材料的光譜響應(yīng)限制，在材料成本低廉、工藝過程簡單的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高性能自驅(qū)動(dòng)日盲紫外光探測。本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案如下所述。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種日盲紫外鈣鈦礦光電探測器，沿光的進(jìn)入方向，依次設(shè)置有濾光層、下轉(zhuǎn)換發(fā)光窗口層、導(dǎo)電玻璃層、鈣鈦礦光敏層和金屬電極層，所述濾光層控制波長為200-280nm的光通過，所述下轉(zhuǎn)換發(fā)光窗口層能夠?qū)⑷彰ぷ贤夤廪D(zhuǎn)化為熒光，所述鈣鈦礦光敏層能夠?qū)晒廪D(zhuǎn)換為電信號(hào)。

導(dǎo)電玻璃層、鈣鈦礦光敏層和金屬電極層構(gòu)成了鈣鈦礦可見光探測器，能夠?qū)晒獠东@并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)導(dǎo)出。