光谱探测器及其制备方法技术

本公开涉及了一种光谱探测器及其制备方法，其中光谱探测器包括：光电转换部，设置成对红外波段光进行光电转换；隔离层，设置于光电转换部上，用于电隔离；以及转移层，设置于隔离层上，以吸收来自于外部的紫外光和可见光并转换为所述红外波段光，使得所述光谱探测器实现紫外波段光、可见光波段光和红外波段光的宽光谱探测。谱探测。谱探测。

【技术实现步骤摘要】
光谱探测器及其制备方法


[0001]本公开涉及光电子材料与探测器件
，具体地，涉及一种光谱探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]可覆盖紫外波段光、可见光波段光和红外波段光的宽光谱探测器广泛应用于成像、遥感、光通信、气体检测等多个领域。然而，由于带隙的限制，单一的半导体材料制备的光电探测器难以实现宽光谱的探测。对于红外波段光，如Ge、GeSn、PbSe、InGaAs、HgCdTe等半导体材料制备的光电探测器可实现高性能的响应；而对于紫外波段光和可见光波段光，由于“死区效应”，即光穿透深度及光生载流子收集效率低，传统的光电探测器难以实现响应。
[0003]钙钛矿量子点具有紫外波段光和可见光波段光吸收强，量子产额高等优异的光电性能，而稀土掺杂的钙钛矿量子点作为光转换层，即吸收紫外波段光和可见光波段光转换为红外波段光，进而可被红外光电探测器吸收和高效提取，光电探测器组件的响应波段将拓展到紫外波段光和可见光波段光，实现宽光谱的探测。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开提供了一种光谱探测器及其制备方法，以解决上述以及其他方面的至少一种技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本公开的一个方面，提供了一种光谱探测器，包括：光电转换部，设置成对红外波段光进行光电转换；隔离层，设置于光电转换部上，用于电隔离；以及转移层，设置于隔离层上，以吸收来自于外部的紫外光和可见光并转换为所述红外波段光，使得所述光谱探测器实现紫外波段光、可见光波段光和红外波段光的宽光谱探测。
[0006]根据本公开的实施例，光电转换部包括：衬底层；红外吸收层，设置于衬底层上，以对红外波段光进行探测；钝化层，从衬底层的环绕红外吸收层相对的两侧面的表面上延伸至红外吸收层部分上侧面；以及电极层，从红外吸收层部分上侧面延伸至钝化层上侧面，隔离层覆盖电极层和位于电极层之间的红外吸收层。
[0007]根据本公开的实施例，转移层为稀土掺杂的钙钛矿量子点材料，包括：CsPbX3:RE；其中，X为Cl、Br、I其中任一或其中二者的任意比例混合，RE为Yb
3+
、Er
3+
其中任一或二者的任意比例混合或Ce
3+
与Yb
3+
、Er
3+
其中任一或二者的任意比例混合。
[0008]根据本公开的实施例，衬底层由Si制成；红外吸收层材料包括：Ge、GeSn、GePb、GeSnPb、PbSe、InGaAs、HgCdTe其中任一；钝化层由SiO2制成。
[0009]根据本公开的实施例，隔离层由Al2O3制成。
[0010]本公开的另一个方面，提供了一种制备光谱探测器的方法，包括：步骤S1：制备对红外波段光进行光电转换的光电转换部；步骤S2：在光电转换部上形成隔离层；步骤S3：制备CsPbX3:RE
3+
量子点溶液；步骤S4：将CsPbX3:RE
3+
量子点溶液采用成膜工艺在隔离层上光
电转换部上旋涂成转移层。
[0011]根据本公开的实施例，步骤S1制备光电转换部包括：步骤S11：在衬底层上外延红外吸收层；步骤S12：通过半导体加工工艺在红外吸收层的相对的两侧露出部分衬底层；步骤S13：在露出的衬底层上、红外吸收层两端侧面及红外吸收层凸台的部分上侧沉积钝化层；步骤S14：在钝化层的上侧和红外吸收层的部分上侧生长电极层，隔离层覆盖电极层和位于电极层之间的红外吸收层。
[0012]根据本公开的实施例，步骤S2制备CsPbX3:RE
3+
量子点溶液的步骤包括：步骤S21：将一定量的三甲基X硅烷置于第一反应容器内，加入适量十八烯，充分混合搅拌，得到第一前驱体；步骤S22：将一定量的醋酸铯置于第二反应容器内，加入适量无水乙醇，充分搅拌并加热至60℃，得到第二前驱体；步骤S23：将一定量的醋酸铅和醋酸RE置于第三反应容器内，加入适量油酸、油胺和十八烯，然后加入一定量的第二前驱体，在室温下抽真空除气5分钟，然后在氮气环境下升温至110℃，然后除气至少一小时，再次在氮气环境下升温至180℃以上，加入第一前驱体，后将所述第三反应容器置于冰水浴中降温，得到CsPbX3:RE
3+
的粗溶液；步骤S24：将CsPbX3:RE
3+
粗溶液离心处理弃置上清液，将沉淀分散在正己烷溶液中，再次离心并弃置上清液，再次将沉淀分散在乙酸乙酯溶液中，再次离心并弃置上清液，将沉淀分散在正己烷溶液中，得到CsPbX3:RE
3+
量子点溶液。
[0013]根据本公开的实施例，转移层包括混合薄膜或叠层薄膜；其中，混合薄膜为任意两种及以上CsPbX3:RE量子点溶液混合后旋涂成膜制得；叠层薄膜为任意两种及以上的CsPbX3:RE量子点薄膜叠加制得。
[0014]根据本公开的实施例，CsPbX3:RE
3+
量子点尺寸均匀，颗粒大小为10nm；CsPbX3:RE
3+
量子点溶液需冷藏密封保存，使用前需超声加热5
‑
15分钟。
[0015]根据本公开的上述实施例的光谱探测器及其制备方法，利用CsPbX3:RE
3+
量子点材料的高量子产额，将紫外波段光转化为可见光波段的特征发光峰，并在量子点内部，借助量子裁剪效应，一个可见光光子裁剪为两个红外波段的光子，且红外波段光更易被窄带隙材料吸收和提取，实现将红外光电探测器组件的响应波段从红外波段光拓展到紫外波段光和可见光波段光，进而实现宽光谱的探测。
附图说明
[0016]图1是本公开实施例的光谱的探测器的剖面图；
[0017]图2是本公开实施例的光谱的探测器的立体图；
[0018]图3是本公开实施例的光谱的探测器的制备流程图；
[0019]图4是本公开实施例的光电转换部外延的红外吸收层的X射线衍射(XRD)图；
[0020]图5A和图5B是本公开实施例的CsPbX3:RE
3+
量子点的透射电子显微镜(TEM)图；
[0021]图6是本公开实施例的光谱的探测器在不同波段下响应度对比图；以及
[0022]图7是本公开实施例的光谱的探测器在275nm LED下的光电流对比图。
[0023]附图标记说明
[0024]1 光电转换部
[0025]11 衬底层
[0026]12 红外吸收层
[0027]13 钝化层
[0028]14 电极层
[0029]2 隔离层
[0030]3 转移层
具体实施方式
[0031]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
[0032]传统的光电探测器对于红外波段光，如Ge、GeSn、PbSe、InGaAs、HgCdTe等半导体材料制备的光电探测器可实现高性能的响应；而对于紫外波段光和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱探测器，包括：光电转换部(1)，设置成对红外波段光进行光电转换；隔离层(2)，设置于所述光电转换部(1)上，用于电隔离；以及转移层(3)，设置于所述隔离层(2)上，以吸收来自于外部的紫外光和可见光并转换为所述红外波段光，使得所述光谱探测器实现紫外波段光、可见光波段光和红外波段光的宽光谱探测。2.根据权利要求1所述的光谱探测器，其中，所述光电转换部(1)包括：衬底层(11)；红外吸收层(12)，设置于所述衬底层(11)上，以对所述红外波段光进行探测；钝化层(13)，从所述衬底层(11)的环绕所述红外吸收层相对的两侧面的表面上延伸至所述红外吸收层(12)部分上侧面；以及电极层(14)，从所述红外吸收层(12)部分上侧面延伸至所述钝化层(13)上侧面，所述隔离层覆盖所述电极层和位于电极层之间的红外吸收层。3.根据权利要求1所述的光谱探测器，其中，所述转移层(3)为稀土掺杂的钙钛矿量子点材料，包括：CsPbX3:RE；其中，X为Cl、Br、I其中任一或其中二者的任意比例混合，RE为Yb
3+
、Er
3+
其中任一或二者的任意比例混合或Ce
3+
与Yb
3+
、Er
3+
其中任一或二者的任意比例混合。4.根据权利要求2所述的光谱探测器，其中，所述衬底层(11)由Si制成；所述红外吸收层(12)材料包括：Ge、GeSn、GePb、GeSnPb、PbSe、InGaAs、HgCdTe其中任一；所述钝化层(13)由SiO2制成。5.根据权利要求1所述的光谱探测器，其中，所述隔离层(2)由Al2O3制成。6.一种制备权利要求1
‑
5中的任一项所述光谱探测器的方法，包括：步骤S1：制备对红外波段光进行光电转换的光电转换部(1)；步骤S2：在所述光电转换部上形成隔离层(2)；步骤S3：制备CsPbX3:RE
3+
量子点溶液；步骤S4：将所述CsPbX3:RE
3+
量子点溶液采用成膜工艺在所述隔离层上光电转换部(1)上旋涂成转移层(3)。7.根据权利要求6所述的光谱探测器的制备方法，其中，步骤S1制备所述光电转换部(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘陶然，刘香全，陈丹，杨亚洲，左玉华，郑军，刘智，成步文，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：