双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法技术

本公开实施例涉及一种双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：基底；第一电极，设置在基底的一侧；量子点层，设置在第一电极背离基底的一侧；第二电极，设置在量子点层背离第一电极的一侧；其中，量子点层包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，通过将各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，利于提升器件性能及实现超宽光谱的光伏型光电探测器。的光伏型光电探测器。的光伏型光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法


[0001]本公开涉及光电传感
，尤其涉及一种双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在光电探测领域中，红外光电探测器被广泛应用于热成像、材料光谱分析、自动驾驶助手、监测和生物健康监测等领域。
[0003]其中，在传统的红外商业光电探测器中，主要采用分子束外延技术进行制备，再通过倒装键合的方式与硅基读出电路耦合。但是采用这样的加工方法导致制备周期长，生产速率慢且材料加工成本高，同时倒装键合的方式键合成功率低，所以基于其制备复杂性高、产量低、成本高，使得其应用范围受限，一般仅限于军事和科学研究，而无法进行大规模应用。对此，通过使用碲化汞(HgTe)胶体量子点替代外延半导体而制备的短波、中波光伏型红外探测器，由于采用异质结进行掺杂，使得异质结中的掺杂层与量子点层材料的类型不同，存在晶格不匹配以及界面传输的问题，会影响光生载流子的传输效率，进而影响器件的性能。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法。
[0005]本公开提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：
[0006]基底；
[0007]第一电极，设置在所述基底的一侧；
[0008]量子点层，设置在所述第一电极背离所述基底的一侧；
[0009]第二电极，设置在所述量子点层背离所述第一电极的一侧；
[0010]其中，所述量子点层包括沿所述第一电极指向所述第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；
[0011]所述第一类型为N型，所述第二类型为P型，且沿所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大；或者，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型，且沿着所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次减小。
[0012]本公开还提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器的制备方法，用于制备以上任一种所述的探测器；所述方法包括：
[0013]提供基底；所述基底的一侧形成有第一电极；
[0014]基于液相配体交换制备至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点；
[0015]利用液相配体交换制备的量子点，在所述第一电极背离所述基底的一侧依次形成
量子点层，并进行固态配体交换；所述量子点层包括至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；
[0016]在所述量子点层背离所述第一电极的一侧形成第二电极。
[0017]本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0018]本公开实施例提供的双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：基底；第一电极，设置在基底的一侧；量子点层，设置在第一电极背离基底的一侧；第二电极，设置在量子点层背离第一电极的一侧；其中，量子点层包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，通过将各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，与相关技术中基于异质结的光电探测器相比，不存在材料类型不同以及晶格失配的问题，从而不同层之间的晶格匹配性较好，光生载流子在不同层之间的界面传输较好，使器件收集到更多的光生载流子以提升光电流，有利于提升器件性能以及进一步的实现超宽光谱的光伏型光电探测器。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0020]为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的结构示意图；
[0022]图2为本公开实施例另一种量子点光伏型探测器的结构示意图；
[0023]图3为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器FET(场效应晶体管)掺杂测试结果示意图；
[0024]图4为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的能带结构示意图；
[0025]图5为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的光吸收谱示意图；
[0026]图6为本公开实施例提供的带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结对应的IV曲线示意图；
[0027]图7为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器归一化的光谱响应示意图；
[0028]图8为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的制备方法的流程示意图；
[0029]图9为图8示出的方法中，S24中形成量子点层的一种细化流程示意图；
[0030]图10为本公开实施例提供的掺杂调控量子点的制备流程示意图。
[0031]其中，110、基底；120、第一电极；130、量子点层；140、第二电极；131、第一类型量子点层；132、弱第一类型量子点层；133、本征型量子点层；134、弱第二类型量子点层；135、第二类型量子点层；136、第一本征型量子点层；137、第二本征型量子点层；138、第三本征型量子点层。
具体实施方式
[0032]为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0034]首先，结合相关背景，以及针对此进行改进而提出的本公开实施例的方案进行简要说明。
[0035]在光电传感
，红外探测器被广泛应用于热成像、材料光谱分析、自动驾驶助手、监测和生物健康监测等领域。随着对高灵敏度、低成本、可扩展的能够区分一致光谱信息的器件的需求不断增加，红外多光谱成像技术引起了人们的极大兴趣。因此，在快速响应和高灵敏度需求的驱动下，光子探测器逐渐占据了红外探测技术的主导地位。但是，这种探测器的广泛使用仍然会受到高成本外延半导体的限制，这些设备的制造复杂性高、产量低、成本高，如目前主要的商业红外光电探测器是基于一些成熟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双梯度调控的量子点光伏型探测器，其特征在于，包括：基底；第一电极，设置在所述基底的一侧；量子点层，设置在所述第一电极背离所述基底的一侧；第二电极，设置在所述量子点层背离所述第一电极的一侧；其中，所述量子点层包括沿所述第一电极指向所述第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；所述第一类型为N型，所述第二类型为P型，且沿所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大；或者，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型，且沿着所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次减小。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述至少一层第一类型量子点层的响应波段为长波，所述至少一层弱第一类型量子点层的响应波段为中波；所述至少一层本征型量子点层包括沿所述第一电极指向所述第二电极的方向依次层叠设置的第一本征型量子点层、第二本征型量子点层和第三本征型量子点层，所述第一本征型量子点层、第二本征型量子点层的响应波段均为中波，所述第三本征型量子点层的响应波段为短波；所述至少一层弱第二类型量子点层的响应波段和所述至少一层第二类型量子点层的响应波段均为短波；其中，长波对应的波长等于或大于5微米，中波对应的波长小于5微米，且等于或大于3微米，短波对应的波长小于3微米。3.根据权利要求1或2所述的探测器，其特征在于，N型量子点层的响应波长为10微米；弱N型量子点层的响应波长为5微米；所述第一本征型量子点层的响应波长为5微米，所述第二本征型量子点层的响应波长为3微米，所述第三本征型量子点层的响应波长为2微米；弱P型量子点层的响应波长为2微米；P型量子点层的响应波长为1.5微米。4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述N型量子点层的厚度为50nm～70nm；所述弱N型量子点层的厚度为30nm～50nm；单层所述本征型量子点层的厚度为80nm～120nm；所述弱P型量子点层的厚度为30nm～50nm；所述P型量子点层的厚度为50nm～70nm。5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述基底包括读出电路基底；所述探测器还包括：信号处理电路；所述信号处理电路与所述读出电路基底连接；所述信号处理电路用于基于所述读出电路基底传输的光电响应信号，确定目标探测物的信息。6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述量子点层均为碲化汞量子点层。7.一种双梯度调控的量子点光伏型探测器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
‑
6任一项所述的探测器；所述方法包括：
提供基底；所述基底的一侧形成有第一电极；基于液相配体交换制备至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点；利用液相配体交换制备的量子点，在所述第一电极背离所述基底的一侧依次形成量子点层，并进行固态配体交换；所述量子点层包括至少一层第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦璐，郝群，唐鑫，薛晓梦，陈轶哲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：