[發(fā)明專利]一種基于鹵化物鈣鈦礦異質結自驅動光電探測的構型設計

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• 申請日: 2023-01-04
• 公開（公告）號: CN116581191A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 田磊;何成宇;毛敏航
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于鹵化物鈣鈦礦異質結自驅動光電探測器。其技術方案是：以n型金屬氧化物薄膜（ZnO，Gasubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;）中的一種和p型鹵化物鈣鈦礦薄膜（CsPbIsubgt;3/subgt;，CSPbBrsubgt;3/subgt;）中的一種組成異質結光吸收層。光吸收層利用兩種不同材料組成異質結構，這種n型導電材料和p型導電材料接觸后形成的內建電場，可以促使光生載流子分離并向電極漂移。在形成的穩(wěn)定的內建電場作用下，可以有效降低光生電子和光生空穴的復合率，促使更多的光生載流子可以定向移動形成光電流，從而進一步提升光電探測器的光電轉換效率。不僅可以實現(xiàn)在特殊環(huán)境下無人值守的自驅動工作，還可以有效提升光電轉換效率，提升光電探測器自身效能。

技術領域

本發(fā)明屬于光電器件和半導體物理學領域。具體涉及到，基于鹵化物鈣鈦礦異質結自驅動光電探測器構型。利用 n型金屬氧化物薄膜和 p型鹵化物鈣鈦礦薄膜接觸平衡后在異質結表面形成的內建電場，使得在光照下的非平衡載流子向兩個電極漂移，最終實現(xiàn)了光電器件的自驅動工作模式，并進一步提高光電探測器的性能。

背景技術

近年來隨著半導體理論和工藝技術的飛速發(fā)展。人們對于半導體具有的諸多特性進行了研究，除了半導體廣為人知的導電能力介于絕緣體和導體之間的特性外。半導體的光電特性也成為了熱門研究對象之一。

半導體的光電轉換的基本原理可以概括為，當一定頻率（波長）的光照射在半導體表面時，使得半導體內電子可以克服材料功函數(shù)從表面逸出，從而形成光生電流。而后通過對產生的光生電流分析可以得知照射光的一些特性。并且將光信號轉化電信號，通過分析電信號參數(shù)，就可以得到光照信號的位置，波長，強弱等物理特性。

基于半導體光電轉換的基本原理，可以設計出光電探測器。近年來光電探測器被廣泛應用在，軍事，生活，工業(yè)等領域。包括光通信，宇宙探索，環(huán)境監(jiān)測，生物醫(yī)學成像等。隨著人類科技的飛速發(fā)展，對于光電探測器的性能要求也愈來愈高，目前對于光電探測器提出的主流要求包括：重量尺寸小易于集成，功耗低和轉換率高，易于在特殊環(huán)境中作業(yè)包括惡劣天氣和有毒環(huán)境中作業(yè)。基于上述要求，本專利設計了一種無人值守具有自驅動型的光電探測器，并且使得其光電轉換率在特殊作業(yè)環(huán)境中得以保障。

鈣鈦礦是一種光電半導體材料，其具有直接帶隙，高發(fā)光量子效率，發(fā)光譜線窄，以及帶寬在藍光到近紅外區(qū)域連續(xù)可調控等優(yōu)良特性。并且由于其制備成本低，因此可以減少工業(yè)領域的應用成本，從而提高經濟效益。本專利采用的鹵化物鈣鈦礦材料，在上述優(yōu)良特性外還具有禁帶寬度可調控，高載流子遷移率以及光吸收率高的特點。因而其可以作為光電探測器的光吸收層，從而提高對于光照的吸收率。

當 n型導電材料和 p型導電材料表面相互接觸，由于濃度梯度差異會形成空穴和電子的擴散，在建立平衡狀態(tài)后，會形成一個較為穩(wěn)定的內建電場。這種異質結構形成的內建電場，可以促進光激發(fā)的非平衡載流子的漂移，而非平衡載流子的漂移會形成光電流。因此利用異質結構，可以提高光電轉換效率，并且利用異質結構接觸產生的內建電場，可以促進光電探測器的自驅動工作。

本專利采用一種基于鹵化物鈣鈦礦異質結自驅動光電探測器，可以提高光吸收率，并且可以在無人值守的條件下工作。在一定程度上提升了光電轉換效率，提升了光電探測器的效能。

發(fā)明內容