一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测的构型设计制造技术

本发明专利技术涉及一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器。其技术方案是：以n型金属氧化物薄膜（ZnO，Ga2O3，Al2O3）中的一种和p型卤化物钙钛矿薄膜（CsPbI3，CSPbBr3）中的一种组成异质结光吸收层。光吸收层利用两种不同材料组成异质结构，这种n型导电材料和p型导电材料接触后形成的内建电场，可以促使光生载流子分离并向电极漂移。在形成的稳定的内建电场作用下，可以有效降低光生电子和光生空穴的复合率，促使更多的光生载流子可以定向移动形成光电流，从而进一步提升光电探测器的光电转换效率。不仅可以实现在特殊环境下无人值守的自驱动工作，还可以有效提升光电转换效率，提升光电探测器自身效能。电探测器自身效能。电探测器自身效能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测的构型设计


[0001]本专利技术属于光电器件和半导体物理学领域。具体涉及到，基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器构型。利用n型金属氧化物薄膜和p型卤化物钙钛矿薄膜接触平衡后在异质结表面形成的内建电场，使得在光照下的非平衡载流子向两个电极漂移，最终实现了光电器件的自驱动工作模式，并进一步提高光电探测器的性能。

技术介绍

[0002]近年来随着半导体理论和工艺技术的飞速发展。人们对于半导体具有的诸多特性进行了研究，除了半导体广为人知的导电能力介于绝缘体和导体之间的特性外。半导体的光电特性也成为了热门研究对象之一。
[0003]半导体的光电转换的基本原理可以概括为，当一定频率（波长）的光照射在半导体表面时，使得半导体内电子可以克服材料功函数从表面逸出，从而形成光生电流。而后通过对产生的光生电流分析可以得知照射光的一些特性。并且将光信号转化电信号，通过分析电信号参数，就可以得到光照信号的位置，波长，强弱等物理特性。
[0004]基于半导体光电转换的基本原理，可以设计出光电探测器。近年来光电探测器被广泛应用在，军事，生活，工业等领域。包括光通信，宇宙探索，环境监测，生物医学成像等。随着人类科技的飞速发展，对于光电探测器的性能要求也愈来愈高，目前对于光电探测器提出的主流要求包括：重量尺寸小易于集成，功耗低和转换率高，易于在特殊环境中作业包括恶劣天气和有毒环境中作业。基于上述要求，本专利设计了一种无人值守具有自驱动型的光电探测器，并且使得其光电转换率在特殊作业环境中得以保障。
[0005]钙钛矿是一种光电半导体材料，其具有直接带隙，高发光量子效率，发光谱线窄，以及带宽在蓝光到近红外区域连续可调控等优良特性。并且由于其制备成本低，因此可以减少工业领域的应用成本，从而提高经济效益。本专利采用的卤化物钙钛矿材料，在上述优良特性外还具有禁带宽度可调控，高载流子迁移率以及光吸收率高的特点。因而其可以作为光电探测器的光吸收层，从而提高对于光照的吸收率。
[0006]当n型导电材料和p型导电材料表面相互接触，由于浓度梯度差异会形成空穴和电子的扩散，在建立平衡状态后，会形成一个较为稳定的内建电场。这种异质结构形成的内建电场，可以促进光激发的非平衡载流子的漂移，而非平衡载流子的漂移会形成光电流。因此利用异质结构，可以提高光电转换效率，并且利用异质结构接触产生的内建电场，可以促进光电探测器的自驱动工作。
[0007]本专利采用一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器，可以提高光吸收率，并且可以在无人值守的条件下工作。在一定程度上提升了光电转换效率，提升了光电探测器的效能。

技术实现思路

[0008]为了解决光电探测器满足无人值守的自驱动工作和提高光电转换效率，本专利技术提
供了一种基于卤化物钙钛矿异质结的光电探测器。通过n型的金属氧化物和p型的卤化物钙钛矿接触形成的异质结构，利用其接触平衡稳定后形成的内建电场自驱动的促使光生载流子的分离，并且使光生载流子向电极漂移形成稳定的光电流。
[0009]本专利技术的主要工作原理如下。
[0010]光吸收层中的n型金属氧化物薄膜和p型卤化物钙钛矿薄膜表面接触形成异质结构。
[0011]接触后，由于n型金属氧化物薄膜中的电子是多子空穴是少子，p型卤化物钙钛矿薄膜中的空穴是多子电子是少子。因此接触后的异质结构会出现电子和空穴的浓度梯度差，因此会形成电子和空穴的顺浓度梯度扩散。
[0012]电子从金属氧化物薄膜向卤化物钙钛薄膜矿扩散，空穴从卤化物钙钛矿薄膜向金属氧化物薄膜扩散。在异质结接触面上会形成耗尽层，并且由于多子扩散会形成内建电场。当多子的扩散和少子的漂移平衡后，会形成稳定的内建电场。
[0013]当外界有光源照射时，根据光电转换的基本原理，卤化物钙钛矿薄膜和金属氧化物薄膜吸收照射光后会产生光生电子和空穴。
[0014]在内建电场的作用下，光生电子和光生空穴会分别向金属氧化物薄膜和卤化物钙钛矿薄膜漂移。
[0015]由于光生电子和空穴的漂移，因此在光照下，光电探测器可以形成光电流。从而根据光电流的特性可以获得光的物理特性。
[0016]在异质结接触面形成的内建电场有如下两个作用。
[0017]内建电场促使了光生电子和空穴的分离，有效的降低了其光生载流子的复合，因此提升了该探测器的光电转换效率。
[0018]在内建电场的作用下，输运的少子可以有效调控两个电极处的势垒。
[0019]综上所述，本专利技术所提供的光电探测器可以有效提高光电转换效率，并且通过异质结构的内建电场实现无人自守下的自驱动工作。除此之外，光吸收层中的两层薄膜有助于提升对于特定波段光的吸收，从而提升光生载流子的浓度。
[0020]本专利技术实施例提供了一种基于卤化物钙钛矿异质结的光电探测器，包括：蓝宝石衬底，卤化物钙钛矿薄膜，金属氧化物薄膜，叉指电极，电极以及外部电源。其中卤化物钙钛矿薄膜和金属氧化物薄膜作为光吸收层，是光电转换的关键所在。
[0021]所述蓝宝石衬底位于该光电探测器的底座上。
[0022]所述金属薄膜氧化物位于蓝宝石衬底上。
[0023]所述卤化物钙钛矿薄膜位于金属薄膜氧化物层上。
[0024]所述叉指电极位于卤化物钙钛矿薄膜层上。
[0025]所述电极位于两侧边缘叉指电极上。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述光电探测器底座宽度为40~45
µ
m，长度为135~140
µ
m。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底的宽度为35~40
µ
m，长度为130~135
µ
m，厚度为300~350
µ
m。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，所述金属氧化物薄膜层的宽度为30~35
µ
m，长度为125~130
µ
m，厚度为100~200nm。
[0029]在本专利技术的一个实施例中，所述卤化物钙钛矿薄膜层的宽度为30~35
µ
m，长度为125~130
µ
m，厚度为200~600nm。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，所述的叉指电极沟道宽度为9~12
µ
m，叉指宽度为4~6
µ
m。
[0031]在本专利技术的一个实施例中，所述电极半径为2.5
µ
m左右，厚度为5
µ
m左右。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，所述卤化物钙钛矿薄膜的材料可以为CsPbI3或CSPbBr3的一种。
[0033]在本专利技术的一个实施例中，所述金属氧化物钙钛矿薄膜的材料可以为ZnO，Ga2O3或Al2O3中的一种。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，所述叉指电极的材料为Cr或Au中的一种；所述电极材料为In，Ag，Cu或Al中的一种；所述衬底材料为Si，SiO2或蓝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于，包括：底座（1）和位于底座上的衬底（2），光吸收层中的金属氧化物薄膜（3）和卤化物钙钛矿薄膜（4），叉指电极（5）和电极（6）以及外部电源（7）；所述光吸收层中金属氧化物薄膜（3）位于衬底（2）上；所述光吸收层中钙钛矿卤化物薄膜（4）位于金属氧化物薄膜（3）上；所述叉指电极（5）位于卤化物钙钛矿薄膜（4）上。2.如权利要求1所述的一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于，其宽度为40~45
µ
m，长度为135~140
µ
m。3.如权利要求1所述的一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于其所述衬底（2）的宽度为35~40
µ
m，长度为130~135
µ
m，厚度为300~350
µ
m；所述金属氧化物薄膜（3）的宽度为30~35
µ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田磊，何成宇，毛敏航，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：