[發(fā)明專利]一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器與制備方法

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• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN114038999A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李新化;喬旭冕;曹子暢;韓澤鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/44
• 分類號(hào): H01L51/44;H01L51/00
• 代理公司: 合肥匯融專利代理有限公司 34141
• 代理人: 趙宗海

本發(fā)明公開了一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器，包括ITO玻璃，所述ITO玻璃設(shè)為襯底并在ITO玻璃的上方依次設(shè)置有空穴傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層和多孔金屬層；所述多孔金屬層中設(shè)置有若干個(gè)孔，且孔與孔之間的排列設(shè)置為有序結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還公開了一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器的制備方法。本發(fā)明通過調(diào)整多孔金屬層的孔徑和周期，實(shí)現(xiàn)了使用同種光吸收材料上獲得不同窄帶光電探測器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對指定光波長的光波響應(yīng)，而且通過采用金屬多孔電極，實(shí)現(xiàn)了入射光濾波和載流子引出雙重功能，避免了引入復(fù)雜濾波結(jié)構(gòu)，簡化了制備工藝，降低了生產(chǎn)成本及光電二極管噪聲，且兼容性強(qiáng)，具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器與制備方法。

背景技術(shù)

目前，常見的制備窄帶光電探測器的方式包括：一是，利用電荷收集窄化機(jī)理調(diào)控量子效率；二是，利用具有窄帶吸收的材料或通過等離子共振增強(qiáng)材料對特定波長的吸收；其中，電荷收集窄化類型的探測器具有器件結(jié)構(gòu)簡單、探測波段可調(diào)等特點(diǎn)，因此具有極大優(yōu)越性。然而，電荷收集窄化技術(shù)是通過對探測器中光子吸收和電荷收集進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)窄帶探測，為了實(shí)現(xiàn)電荷收集窄化，需要對活性層的厚度以及表面的缺陷進(jìn)行精細(xì)化調(diào)制；同時(shí)，利用等離子共振增強(qiáng)材料需要將光活性層制備層周期納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對特定波長光增強(qiáng)吸收，存在制備方法復(fù)雜、耗時(shí)長、條件苛刻等制約因素，這限制了其更進(jìn)一步的應(yīng)用。

近幾年，由于金屬鹵化物鈣鈦礦材料具備較高的載流子遷移率、較長的壽命和擴(kuò)散長度，使得其成為替代傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，如硅、砷化鎵的理想候選材料，在光探測器方面巨大的應(yīng)用前景。因而，國內(nèi)外研究小組相繼開展了鈣鈦礦基光電探測器研究，比如北京大學(xué)楊世和團(tuán)隊(duì)利用亞帶隙光子在鈣鈦礦中有更大的穿透深度特點(diǎn)，通過調(diào)制鈣鈦礦表界面缺陷無輻射復(fù)合，從而形成近紅外窄帶探測器。但是，由于這類探測器利用了表界面態(tài)吸收短波長入射光子，因此，此原理制備的光電探測器很難實(shí)現(xiàn)短波長光電探測；同時(shí)，由于存在大量光生載流子無輻射復(fù)合，從而極大降低了光電探測器的信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提出的一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器與制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器，包括ITO玻璃，所述ITO玻璃設(shè)為襯底并在ITO玻璃的上方依次設(shè)置有空穴傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層和多孔金屬層；

所述多孔金屬層中設(shè)置有若干個(gè)孔，且孔與孔之間的排列設(shè)置為有序結(jié)構(gòu)；

所述多孔金屬層的材質(zhì)為鋁、鈦、銅或金中的任意一種，且多孔金屬層設(shè)有一層金屬或多層金屬堆垛而成。

優(yōu)選的，所述多孔金屬層中的孔設(shè)置為圓孔或方孔，且多孔金屬層中的孔與孔之間的排列可為有序六角狀或四方狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述空穴傳輸層可為聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)或聚乙烯基咔唑(PVK)，且空穴傳輸層采用懸涂法或熱蒸鍍法制備。

優(yōu)選的，所述電子傳輸層可為1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene,TPBi),1.2nm的氟化鋰(LiF)材料的一種或者多種。

一種探測波段可調(diào)鈣鈦礦窄帶光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：對ITO玻璃進(jìn)行清洗、干燥和氧等離子體處理；

步驟2：采用懸涂法或熱蒸鍍法在ITO玻璃上制備空穴傳輸層，控制厚度為2-25nm之間；

步驟3：采用一步法或兩步法制備有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)光活性層，活性層可為甲胺鉛碘或甲氨鉛溴；

步驟4：在鈣鈦礦光活性層上熱蒸鍍鈣鈦礦電子傳輸層；