[發(fā)明專利]一種自驅(qū)動雙功能光電探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210609939.2
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115172592B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田維;程文杰;李亮
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: H10K30/60
• 分類號: H10K30/60;H10K71/12;H10K85/50
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 蘇張林

本發(fā)明涉及一種自驅(qū)動雙功能光電探測器及其制備方法，屬于光電探測器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的自驅(qū)動雙功能光電探測器，包括依次設(shè)置的導(dǎo)電基底、空穴傳輸層、摻雜聚合物的鈣鈦礦薄膜、電子傳輸層和電極層；所述摻雜聚合物的鈣鈦礦薄膜為雙功能鈣鈦礦薄膜，所述雙功能鈣鈦礦薄膜包括多孔膜和致密膜；所述聚合物的重均分子量不低于500000。本發(fā)明所述的自驅(qū)動雙功能光電探測器通過引入高分量的聚合物制備多孔鈣鈦礦薄膜，達(dá)到制造缺陷和增加厚度的作用，從而實現(xiàn)窄帶響應(yīng)，然后通過局部液化重結(jié)晶處理實現(xiàn)了器件的多孔膜與致密膜共存，從而實現(xiàn)器件的窄帶寬帶雙功能響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自驅(qū)動雙功能光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

光電探測器作為一類光電轉(zhuǎn)換傳感器，廣泛應(yīng)用于軍事、科學(xué)和民間等領(lǐng)域，例如通訊聯(lián)絡(luò)，監(jiān)測環(huán)境等。隨著社會的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域，已經(jīng)對探測器的應(yīng)用逐漸普及和廣泛應(yīng)用，其有著廣泛的市場前景和需求，吸引了越來越多的企業(yè)和研究學(xué)者的關(guān)注和投資研究。光探測的原理主要是基于光電半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)，將接收的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，主要包含材料的光吸收、光生載流子的產(chǎn)生以及載流子的分離和傳輸。

當(dāng)今世界面臨著能源危機，能源掌握著一個國家的經(jīng)濟命脈，對社會的發(fā)展起著十分重要的作用，能源問題的解決關(guān)乎國計民生，甚至整個國家的前途命運。目前，能源利用率還是處于比較低的水平，加工轉(zhuǎn)化的成本較高，迫切要求各方努力研究探索新的技術(shù)和方案。一方面，能源的有效和最大化節(jié)約利用是當(dāng)前急需要關(guān)注的。另一方面，現(xiàn)代技術(shù)的落后和相關(guān)人才的緊缺更是需要關(guān)注的。近幾十年來，清潔能源已經(jīng)越來越收到各企業(yè)和學(xué)者們的研究和關(guān)注，光能作為最清潔的能源之一，廣泛應(yīng)用于太陽能電池，光電分解水和光電探測器等領(lǐng)域。隨著社會的發(fā)展進步，人類對于光電探測器的性能和功能越來越苛刻，一般光電導(dǎo)型的光電探測器需要在外偏壓下工作，而光電二極管型探測器由于內(nèi)建電場的作用，光生載流子能夠在電場的作用漂移形成電流，從而能夠自驅(qū)動檢測光信號。由于光電二極管型光電探測器的自驅(qū)動性，其幾乎不損耗任何外界能源的極大優(yōu)勢，近年來，受到了廣大企業(yè)和學(xué)者們的關(guān)注和投資。

節(jié)約能源確實是光電二極管型光電探測器的重要的優(yōu)勢之一，但是現(xiàn)代社會的發(fā)展更加注重的是器件的性能和多功能化。如果性能和多功能化有著絕對的優(yōu)勢，眾多的消費者依舊會選擇使用價格更高的設(shè)備。按響應(yīng)范圍分類，光電探測器可以分為寬帶光電探測器和窄帶光電探測器。半導(dǎo)體器件能夠響應(yīng)的波長范圍，主要取決于半導(dǎo)體的帶隙，也就決定了其吸收帶邊。帶隙較大的半導(dǎo)體器件吸收帶邊多分布于可見光附近，一般應(yīng)用于探測紫外和可見光；帶隙較小的半導(dǎo)體器件吸收帶邊多分布于近紅外和紅外區(qū)域附近，一般應(yīng)用近紅外和紅外光探測。目前，寬帶光電探測器的探測范圍廣，依舊是學(xué)者們研究的重點，一方面，優(yōu)化帶隙拓寬響應(yīng)范圍；另一方面，通過界面工程和體相摻雜，不斷優(yōu)化界面接觸和薄膜質(zhì)量，從而提高器件的響應(yīng)度、探測率和響應(yīng)速度等性能參數(shù)。

當(dāng)然，也有不少的研究者們認(rèn)為窄帶光電探測器更加有應(yīng)用的價值，它能夠?qū)Σ煌獠ㄩL進行有效識別，尤其不可見的紫外和近紅外光區(qū)域的識別。窄帶響應(yīng)的方法主要分為三大類：(1)帶通濾波器的濾光作用；(2)本自身具有窄帶吸收特性的材料；(3)電荷收集變窄機制。其中，電荷收集變窄機制研究較多，一般是基于半導(dǎo)體的高厚度和界面缺陷，從而實現(xiàn)了窄帶響應(yīng)。近幾年，眾多研究的焦點更加關(guān)注自驅(qū)動窄帶探測器的研究，但是很難做到將其厚度和半高寬兩大性能參數(shù)同時做到最優(yōu)，更不必說，能夠?qū)崿F(xiàn)器件的多功能化。

針對這樣的困境和需求，目前僅有兩類研究報道實現(xiàn)了多功能：1、逆溫結(jié)晶法制備高厚光電導(dǎo)器件，實現(xiàn)頂部窄帶和底部寬帶雙功能響應(yīng)(缺點：非自驅(qū)動和高厚度)；2、電荷反轉(zhuǎn)機制實現(xiàn)短波寬帶和長波窄帶響應(yīng)(缺點：高厚度)。因此，實際上這樣的多功能化器件的研究和應(yīng)用還是處于很大空白，需要的更多的研究投入。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中窄帶特定波長檢測實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜和雙功能器件實現(xiàn)和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展空白的問題。