一种光电探测器的光捕获模块及光电探测器制造技术

本发明专利技术属于光电探测器技术，具体涉及一种光电探测器的光捕获模块及光电探测器。其中光捕获模块，其具有平面底部，其上表面为曲面且曲面上具有凸型的微柱阵列，其独特的结构特点可以有效地减少表面反射和投影面积对入射方向的依赖，从而显著提高其采光能力。加有本发明专利技术提供的光捕获模块的光电探测器的输出光电流可以显著提高，可用于开发用于亮度感应的高性能光电探测器。性能光电探测器。性能光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器的光捕获模块及光电探测器


[0001]本专利技术属于光电探测器技术，具体涉及一种光电探测器的光捕获模块及光电探测器。

技术介绍

[0002]光电探测器是最常用的传感器之一，它可以精确地将入射光子转换为载流子。因此，采光能力是评价光电探测器性能的关键指标之一。在这方面，通过提供空气与器件表面之间的折射率转换，证明了各种微结构，包括纳米锥、纳米孔、微/纳米锥体、纳米线、纳米棒，这些微结构有效地提高了光电器件的全方位光捕获能力。尽管这些微/纳米结构显著降低了全方位反射损耗，提高了光电探测器的性能，但其典型的大平面结构形貌的投影面积与入射方向有显著的关系，随着入射角的增大，光电流迅速减小。同时，由于大气和粉尘颗粒在空气中导致光的散射，装置与光的接触面积对装置的采光性能也起着至关重要的作用。平面微结构限制了吸收光能的进一步增加；因此，进一步提高器件的性能变得相对困难。因此，必须开发新型的光收集微结构，来进一步发展光电探测器。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种光电探测器的光捕获模块及光电探测器。
[0004]本专利技术所采取的技术方案如下：一种光电探测器的光捕获模块，其具有平面底部，其上表面为曲面且曲面上具有凸型的微柱阵列。
[0005]其制备方法包括以下步骤：（1）制备刚性模板，刚性模板上具有凹陷的微柱阵列；（2）在步骤（1）制备的刚性模板具有凹陷的微柱阵列的表面上制备柔性的具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜；（3）将弹性球放置在步骤（2）柔性的具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜上，对弹性球施加外部压力，将弹性球挤压成扁平形状，使球的平面部分与聚二甲基硅氧烷粘附膜接触，进一步固化；然后消除外部压力，扁平球恢复，聚二甲基硅氧烷膜的结合部分变形为球形穹顶，凸型的微柱阵列被转移到球表面，从而制备了具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜；（4）将弹性体预聚物倒入容器中，然后插入所制备的具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜，凸面朝向弹性体预聚物，固化后，将具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜剥离，得到弯曲型弹性体模板；随后在弯曲型弹性体模板中注入二甲基硅氧烷及其交联剂得到具有平面底部和凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷块，即为光电探测器的光捕获模块。
[0006]步骤（1）采用无掩模光刻技术在镀铬熔融玻璃上制备了六边形光刻胶微柱阵列，然后对固体微柱烘烤使其熔化成液体微滴，冷却至室温，得到六边形弯曲微透镜阵列微柱
阵列模板；然后将模板预聚物及其交联剂浇注在六边形弯曲微透镜阵列微柱阵列模板上，固化后从六边形弯曲微透镜阵列微柱阵列模板上分离，得到刚性模板。
[0007]所述模板预聚物为环氧树脂，所述刚性模板为刚性环氧树脂模板。
[0008]步骤（1）中，所述六边形弯曲微透镜阵列微柱阵列模板上依次沉积有真空硅油和铝膜，然后浇筑模板预聚物及其交联剂，固化后通过碱腐蚀去除铝膜，分离得到刚性模板。
[0009]六边形光刻胶微柱阵列的间隙为4μm。
[0010]步骤（2）中，二甲基硅氧烷及其交联剂均匀地浇注在刚性环氧树脂凹面微柱阵列上，然后旋转涂覆得到聚二甲基硅氧烷粘附膜，之后进行烘烤使聚二甲基硅氧烷粘附膜预固化，预固化的聚二甲基硅氧烷粘附膜保持粘附性，得到具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0011]二甲基硅氧烷及其交联剂浇筑前先对刚性环氧树脂凹面微柱阵列进行疏水处理。
[0012]所述弹性体预聚物为硅胶及其交联剂。
[0013]一种光电探测器，其设有如上所述的光捕获模块。
[0014]本专利技术的有益效果如下：本专利技术所提供的光电探测器的光捕获模块具有独特的结构特点，可以有效地减少表面反射和投影面积对入射方向的依赖，从而显著提高其采光能力。加有本专利技术提供的光捕获模块的光电探测器的输出光电流可以显著提高，可用于开发用于亮度感应的高性能光电探测器。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0016]图1为本专利技术制备的流程示意图；图2为本专利技术挤压粘合形成具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜的过程示意图；图3为具有不同间隙（a）d=5μm，（b）d=4μm和（c）d=3μm的微柱阵列，以及热回流后的微图形，比例尺：20μm；图4为2、6、14n挤压条件下cACE的SEM图像和放大图像；图5为弯曲型聚二甲基硅氧烷膜的高宽和挤出力的关系；图6中，（a）平面ACE光电探测器的采光示意图；（b）曲面ACE光电探测器的采光示意图；图7为（a）在不同入射角（α）下制备的弯曲型光捕获模块（cACE）和平面光捕获模块（pACE）光电探测器的测量光电流（I
op
）和（b）弯曲型光捕获模块（cACE）和平面光捕获模块（pACE）光电探测器的光电流变化量；图8 中，（a）为吸收比（A
α
）的变化，其中插图为cACE光电探测器的光线跟踪模拟模型；（b）为归一化投影面积（S
eff
）的变化；（c）为归一化吸收率（A
tol
）的变化；（d）为弯曲型光捕获模块（cACE）归一化吸收率（A
tol
）变化量的变化；图9为含cACE、pACE和纯PDMS膜的硅基光电探测器器件在不同亮度下的光电流，以
及与亮度相关的光电流相对变化。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。
[0018]本专利技术提供了一种光捕获模块，其具有平面底部，其上表面为曲面且曲面上具有凸型的微柱阵列。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，图1所示，其制备方法包括以下步骤：（1）制备刚性模板，刚性模板上具有凹陷的微柱阵列；（2）在步骤（1）制备的刚性模板具有凹陷的微柱阵列的表面上制备柔性的具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜；（3）将弹性球放置在步骤（2）柔性的具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜上，对弹性球施加外部压力，将弹性球挤压成扁平形状，使球的平面部分与聚二甲基硅氧烷粘附膜接触，进一步固化；然后消除外部压力，扁平球恢复，聚二甲基硅氧烷膜的结合部分变形为球形穹顶，凸型的微柱阵列被转移到球表面，从而制备了具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜；（4）将弹性体预聚物倒入容器中，然后插入所制备的具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜，凸面朝向弹性体预聚物，固化后，将具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜剥离，得到弯曲型弹性体模板；随后在弯曲型弹性体模板中注入二甲基硅氧烷及其交联剂得到具有平面底部和凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷块，即为光电探测器的光捕获模块。
[0020]然后将具有平面底部和凸型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器的光捕获模块，其特征在于：其具有平面底部，其上表面为曲面且曲面上具有凸型的微柱阵列。2.根据权利要求1所述的光电探测器的光捕获模块，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：（1）制备刚性模板，刚性模板上具有凹陷的微柱阵列；（2）在步骤（1）制备的刚性模板具有凹陷的微柱阵列的表面上制备柔性的具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜；（3）将弹性球放置在步骤（2）柔性的具有粘附性的聚二甲基硅氧烷薄膜上，对弹性球施加外部压力，将弹性球挤压成扁平形状，使球的平面部分与聚二甲基硅氧烷粘附膜接触，进一步固化；然后消除外部压力，扁平球恢复，聚二甲基硅氧烷膜的结合部分变形为球形穹顶，凸型的微柱阵列被转移到球表面，从而制备了具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜；（4）将弹性体预聚物倒入容器中，然后插入所制备的具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜，凸面朝向弹性体预聚物，固化后，将具有凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷膜剥离，得到弯曲型弹性体模板；随后在弯曲型弹性体模板中注入二甲基硅氧烷及其交联剂得到具有平面底部和凸型的微柱阵列的弯曲型聚二甲基硅氧烷块，即为光电探测器的光捕获模块。3.根据权利要求2所述光电探测器的光捕获模块，其特征在于：步骤（1）采用无掩模光刻技术在镀铬熔融玻璃上制备了六边形光刻胶微柱阵列，然后对固体微柱烘烤使其熔化成液体微滴，冷却至室温，得到六边形弯曲微透镜阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴欣学，方朝龙，张耀举，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：