基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了光电探测器设计技术领域中的一种基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器。包括上电极引线、透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层、电子接收层和下电极引线；透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层和电子接收层自上而下依次布置；透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜；双光电转换层的上层采用氧化亚铜纳米颗粒薄膜，双光电转换层的下层采用氧化钛纳米管阵列；绝缘层中部含有一个透光窗口，碳纳米管薄膜通过透光窗口与氧化亚铜纳米颗粒薄膜接触；电子接收层采用钛薄片；上电极引线和碳纳米管薄膜与绝缘层相接触的区域相连；钛薄片下表面与下电极引线相连接。本发明专利技术具有较高的光电响应灵敏度，其结构简单且制作方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电探测器设计
，尤其涉及一种基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器。
技术介绍
利用宏观块体材料设计和制作的光电探测器已经广泛应用于各个领域，如金属一金属异质结、金属一半导体肖特基结、半导体一半导体复合材料异质结等。文献资料表明，低维半导体材料具有不同于三维块体材料的独特的光电性能，如氧化钛纳米管作为ー维光电功能材料，被广泛应用于染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池领域，下述文献Cl) - (4)中均有相关的报道。(I)Gopal K. Mor, Karthik ShanKar, Maggie Paulose, Oomman K. Varghese and Craig A. Grimes,《纳米快报》NANO LETTERS 2006, 6:215-218 ；(2) Karthik Shankar, Jayasundera Bandara, Maggie Paulose, Helgaffietasch, Oomman K. Varghese, Gopal K. Mor, Thomas J. LaTempa,Mukundan Thelakkat andCraig A. Grimes,《纳米快报》NANO LETTERS 2008,8:1654-1659 ；(3) Yuh-Lang Lee and Yi-Siou Lo,《先进功能材料》Advanced FunctionalMaterials 2009,19:604-609 ；(4) David R. Baker and Prashant V. Kamat,《先进功能材料》AdvancedFunctional Materials 2009,19,805-811。但是，由于氧化钛是宽禁带半导体(带隙约为3. O 3. 2eV)，所以它只对紫外光有响应。如何拓宽氧化钛纳米管的光谱响应区域并设计开发基于氧化钛纳米管的快响应光电探测器是目前急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器，利用双光电转换层异维异质结构所具有的特殊光电性能，将其光谱响应拓宽至可见光区域，并且提高其响应速度。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是，一种基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器，其特征是所述光电探測器包括上电极引线、透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层、电子接收层和下电极引线；所述透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层和电子接收层自上而下依次布置；所述透明导电光电子发射层为光电探测器的上电极，电子接收层为光电探测器的下电极；所述透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜；所述双光电转换层的上层采用氧化亚铜纳米颗粒薄膜，双光电转换层的下层采用氧化钛纳米管阵列；所述绝缘层中部含有ー个透光窗ロ，碳纳米管薄膜通过所述透光窗ロ与氧化亚铜纳米颗粒薄膜接触；所述电子接收层采用钛薄片；所述上电极引线和碳纳米管薄膜与绝缘层相接触的区域相连；所述钛薄片下表面与下电极弓I线相连接。所述碳纳米管薄膜的碳纳米管的直径为I 10纳米。 所述氧化亚铜纳米颗粒薄膜的氧化亚铜纳米颗粒的直径为50 150纳米。所述氧化钛纳米管阵列的氧化钛纳米管的直径为50 150纳米。所述钛薄片的厚度为O. 2毫米。本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器具有较宽的光谱响应范围、较快的光电响应速度和较大的光暗电流比值，且其结构简单，制作方便。附图说明图I是本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器结构剖视图；图2是本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器的绝缘层俯视图；图3是本专利技术所使用的顶端覆盖氧化亚铜纳米颗粒的氧化钛纳米管阵列的扫描电子显微镜图像侧视图；图4是本专利技术所使用的氧化亚铜纳米颗粒薄膜的扫描电子显微镜图像俯视图；图5是氧化亚铜纳米颗粒的直径分布图；图6是碳纳米管膜/氧化钛纳米管阵列异质结构与碳纳米管膜/氧化亚铜纳米颗粒/氧化钛纳米管阵列异质结构的吸收谱示意图；图7是使用405纳米波长光照射本专利技术提供的光电探测器时，光致电流变化对时间的响应曲线图；图8是使用532纳米波长光照射本专利技术提供的光电探测器时，光致电流变化对时间的响应曲线图；图中1_钛薄片，2-氧化钛纳米管阵列，3-氧化亚铜纳米颗粒，4-绝缘层，5-碳纳米管薄膜，6-上电极引线，7-下电极引线，8-透光窗ロ。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图I是本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器结构剖视图。图I中，本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器包括透明导电光电子发射层、双光电转换层、电子接收层、上电极引线以及下电极引线。透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层和电子接收层自上而下依次布置。透明导电光电子发射层作为光电导传感器的上电极，电子接收层作为光电探測器的下电极。透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜5，双光电转换层的上层采用氧化亚铜纳米颗粒薄膜3，双光电转换层的下层采用氧化钛纳米管阵列2，电子接收层采用钛薄片I。图2是本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器的绝缘层俯视图。图2中，绝缘层中部含有ー个透光窗ロ 8(中空区域)，碳纳米管薄膜通过所述透光窗ロ 8与氧化亚铜纳米颗粒薄膜接触。上电极引线6和碳纳米管薄膜5与绝缘层4相接触的区域相连。碳纳米管薄膜采用直径为I 10纳米的碳纳米管薄膜，氧化亚铜纳米颗粒薄膜采用直径为50 150纳米的氧化亚铜纳米颗粒薄膜，氧化钛纳米管阵列采用直径为50 150纳米的氧化钛纳米管阵列，钛薄片采用厚度为毫米量级的钛薄片，一般选用厚度为O. 2毫米的钛薄片。这样从探測器的上表面至下表面依次由直径为I 10纳米的碳纳米管薄膜材料、直径为50 150纳米的氧化亚铜纳米颗粒材料、直径为50 150纳米的氧化钛纳米 管材料和块体材料钛薄片构成了双光电转换层异维异质结构光电探測器件。在本专利技术中，“异維”的含义是维度(直径)不同，即碳纳米管薄膜的直径为I 10纳米，氧化亚铜纳米颗粒的直径为50 150纳米，氧化钛纳米管的直径为50 150纳米。“异质”的含义是光电子发射层、双光电转换层的上层和双光电转换层的下层的材料不同，分别为碳纳米管薄膜、氧化亚铜纳米颗粒薄膜和氧化钛纳米管阵列。以下结合实例说明本专利技术提供的基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器的特性。由于合成制备碳纳米管、氧化钛纳米管和氧化亚铜纳米颗粒的成熟技术多种多祥，关于本专利技术实施例所用碳纳米管、氧化钛纳米管和氧化亚铜纳米颗粒的制备技术已在如下文献中有报道，包括(I)Wei JQ, Jiang B, Wu DH and Wei BQ, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B2004，108 :8844-8847 ；(2) Shankar K, Mor GK, Prakasam HE,Yoriya S,Paulose M,Varghese OK,GrimesCA, Nanotechnology 2007, 18 :065707 ；(3) A. A. Aref, L. B. Xiong, N. N. 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双光电转换层异维异质结构的光电探测器，其特征是所述光电探测器包括上电极引线、透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层、电子接收层和下电极引线； 所述透明导电光电子发射层、绝缘层、双光电转换层和电子接收层自上而下依次布置； 所述透明导电光电子发射层为光电探测器的上电极，电子接收层为光电探测器的下电极； 所述透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜； 所述双光电转换层的上层采用氧化亚铜纳米颗粒薄膜，双光电转换层的下层采用氧化钛纳米管阵列； 所述绝缘层中部含有ー个透光窗ロ，碳纳米管薄膜通过所述透光窗ロ与氧化亚铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱嘉麟，张国伟，杨铭杰，刘伟，孙家林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：