一种适用于高能光子探测的隧穿光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高能光子探测的隧穿光电二极管及其制备方法，采用厚度很高的本征钙钛矿晶体作为高能光子吸收体，获得较高的光子吸收和转换效率。利用溶液掺杂外延的方法在本征钙钛矿晶体两端分别生长钙钛矿P型层和N型层，构成钙钛矿PIN结，并利用结区耗尽层势垒抑制暗电流和噪声。在结区外延生长窄带隙量子点，构成能带陷阱。当高能光子入射后，钙钛矿本征吸收体产生的光生载流子注入量子点能级陷阱，并发生隧穿场致发射，获得高增益光电流。与常规的高能光子PIN探测结构相比较，由于引入了隧穿场发射结构，可以获得较高的光电流增益。与高能光子雪崩二极管探测结构向比较，由于不产生随机的雪崩效应，所以散粒噪声比较小。小。小。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高能光子探测的隧穿光电二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高能光子探测成像领域，尤其涉及一种适用于高能光子探测的隧穿光电二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]X射线、γ射线等高能光子探测在核医学、航空航天，以及工业无损检测等领域具有重要的应用，人们一直致力发展高性能的高能光子探测器。由于X射线、γ射线等高能光子能量很高，穿透能力很强，所以高能光子探测过程中所获得的光电流往往远小于可见光探测所获得的光电流。降低高能光子的探测噪声，提高光电流幅度是人们一直在努力的目标。
[0003]在X射线和γ射线探测中，人们通常采用PIN二极管探测结构。高能光子被活性材料本征层所吸收，获得较好的光子吸收和转换特性。在反向偏置电场作用下，利用PIN二极管的耗尽层势垒阻挡暗电流和噪声。但是在PIN二极管探测结构中，光电效应不会产生光生电子/空穴对的倍增，即使考虑X射线光子和γ射线光子的康普顿散射效应，所获得的光探测电流仍然很小。
[0004]经常使用的倍增型光电探测器主要有光电倍增管和雪崩二极管。光电倍增管结构如图1所示。当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高能光子探测的隧穿光电二极管，其特征在于，包括钙钛矿本征吸收层，在所述钙钛矿本征吸收层的两端分别设置钙钛矿P型层和钙钛矿N型层，构成钙钛矿PIN结；在所述钙钛矿PIN结的P/I结区以及N/I结区附近分别设置窄带隙半导体量子点，构成量子点能级陷阱；其中，所述钙钛矿本征吸收层采用钙钛矿单晶体作为高能光子的吸收体，当用于X射线探测时的钙钛矿本征吸收层厚度为1～10毫米，当用于γ射线探测时的钙钛矿本征吸收层厚度为1厘米以上；高能光子入射后在所述钙钛矿本征吸收层产生光生电子/空穴对，光生载流子向两端结区输运，并进入所述量子点能级陷阱，由于光生载流子的影响，量子点与钙钛矿单晶体之间产生隧穿场致发射，从而获得高增益光电流；并利用所述钙钛矿PIN结的耗尽层结区势垒抑制暗电流和噪声。2.根据权利要求1所述的适用于高能光子探测的隧穿光电二极管，其特征在于，对所述钙钛矿PIN结施加反向偏置电压来扩展耗尽层结区势垒，并利用所述势垒阻止暗态电流的注入。3.根据权利要求1或2所述的适用于高能光子探测的隧穿光电二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过溶液法制备胶体量子点，并对胶体量子点进行配位基替换；步骤2：围绕胶体量子点外延钙钛矿层，并通过溶液外延掺杂的方法使所述钙钛矿层呈现P型；步骤3：在P型钙钛矿衬底上外延生长钙钛矿本征单晶，形成钙钛矿本征吸收层；步骤4：在钙钛矿本征吸收层上外延生长钙钛矿N型层，并在N型层的前驱液中加入胶体量子点，使量子点嵌于钙钛矿P型层内。4.根据权利要求3所述的适用于高能光子探测的隧穿光电二极管的制备方法，其特征在于，步骤1所述胶体量子点为窄带隙半PbSe量子点。5.根据权利要求4所述的适用于高能光子探测的隧穿光电二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，采用溶液法制备胶体量子点，包括如下子步骤：1a)将0.45g PbO、1.4mL油酸和5mL十八烯混合，真空环境下100℃加热1小时；在氮气环境下加热到180℃，形成Pb的油酸溶液；1b)将6ml 2M三辛基硒溶液TOP
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Se快速注入到步骤a)制备的Pb的油酸溶液，并将温度降低到170℃，混合物反应维持16分钟，然后降温至60℃；1c)将盐溶液加入步骤1b)所得溶液，60℃反应10分钟，形成PbSe胶体量子点粗反应液；1d)在所述粗反应液中加入50mL甲醇和丙酮的混合溶液，离心过滤5分钟，得到过滤体；1e)将过滤体在20mL己烷中分散，然后再加入50mL甲醇和丙酮的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷威，王昕，宋波，李青，张晓兵，朱卓娅，赵志伟，徐玉冰，潘禹竹，李雨巍，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：