用于检测红外辐射的带有增益的方法和设备技术

描述了光检测器、其制造方法和使用其检测辐射的方法。光检测器可以包括第一电极、光敏化层、电子阻挡／隧穿层和第二电极。还描述了红外-可见光上转换器件、其制造方法和使用其检测辐射的方法。红外-可见光上转换器件可以包括光检测器和与所述光检测器连结的OLED。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测红外辐射的带有增益的方法和设备相关申请的交叉引用本申请要求于2011年6月30日提交的美国临时专利申请系列第61／503,317号的权益，其全部内容(包括任何图、表或附图)通过引用并入本文中。
技术介绍
红外(IR)光对人眼是不可见的，但是红外光检测器可以检测IR光。IR光检测器具有广泛的潜在应用，包括夜视、测距、安全、以及半导体晶片检查。IR可以指具有波长比可见光更长(>0.7μm)至约14μm的辐射。
技术实现思路
本专利技术的实施方案涉及能够产生增益的光检测器(即带有增益的光检测器)。光检测器可以是例如红外(IR)光检测器。也就是说，光检测器可以对在红外区域中的至少一部分光敏感。本专利技术的实施方案还涉及红外-可见光上转换器件。红外-可见光上转换器件可以包括光检测器和有机发光器件(OLED)。在一个实施方案中，带有增益的光检测器可以包括第一电极、在所述第一电极上的光敏层、在所述光敏层上的电子阻挡／隧穿层和在所述电子阻挡／隧穿层上的第二电极。在另一个实施方案中，制造带有增益的光检测器的方法可包括：形成第一电极；在所述第一电极上形成光敏层；在所述光敏层上形成电子阻挡／隧穿层以及在所述电子阻挡／隧穿层上形成第二电极。在另一个实施方案中，红外-可见光上转换器件可以包括带有增益的光检测器和与带有增益的光检测器连结的OLED。带有增益的光检测器可以包括第一电极、在第一电极上的光敏层、在光敏层上的电子阻挡／隧穿层以及在电子阻挡／隧穿层上的第二电极。在另一个实施方案中，形成红外-可见光上转换器件的方法可以包括：形成带有增益的光检测器；形成OLED和使OLED与带有增益的光检测器连结。形成带有增益的光检测器可以包括：形成第一电极；在第一电极上形成光敏化层；在光敏层上形成电子阻挡／隧穿层以及在电子阻挡／隧穿层上形成第二电极。附图说明图1A示出了根据本专利技术的一个实施方案可以用作IR敏化层的PbS纳米晶体的吸收光谱。图1B示出了根据本专利技术的一个实施方案的光检测器的示意性透视图。图2A示出了根据本专利技术的一个实施方案，黑暗中在施加电压下光检测器的示意性能带图。图2B示出了根据本专利技术的一个实施方案，在黑暗中在施加电压和IR辐射下光检测器的示意性能带图。图3A示出了根据本专利技术的一个实施方案的光检测器的示意性能带图。图3B示出了在黑暗和光(1240nm红外照度)条件下，本专利技术根据的一个实施方案的光检测器的电流相对于电压特性。图4A示出了增益作为对根据本专利技术的一个实施方案的光检测器施加的电压的函数的曲线图。图4B示出了检测能力作为对根据本专利技术的一个实施方案的光检测器施加的电压的函数的曲线图。图5A示出了根据本专利技术的一个实施方案的红外-可见光上转换器件的示意性能带图。图5B示出了根据本专利技术的一个实施方案的红外-可见光上转换器件的示意能性带图。图5C示出了根据本专利技术的一个实施方案的红外-可见光上转换器件的示意性能带图。具体实施方式当术语“在......上”或“在......之上”用于本文中时，当指层、区域、图案或结构时，应该理解为层、区域、图案或结构可以直接在另一个层或结构上，或者也可以存在介于中间的层、区域、图案或结构。当术语“在......下”或“在......之下”用于本文中时，当指层、区域、图案或结构时，应该理解为层、区域、图案或结构可以直接在其它层或结构下，或者也可以存在介于中间的层、区域、图案或结构。当术语“直接在......上”用于本文中时，当指层、区域、图案或结构时，应该理解为层、区域、图案或结构直接在另一个层或结构上，不存在介于中间的层、区域、图案或结构。当术语“约”与数值结合用于本文中时，应该理解为所述值可以为所述值的95％至所述值的105％，即该值可以为确定值的+／-5％。例如，“约1kg”指0.95kg至1.05kg。当术语“敏感”与描述对某一种类型的光或对具有给定值的或在给定范围内的波长的光子敏感的光检测器结合用于本文中时，应该理解为光检测器能够吸收光检测器敏感的光并且生成载流子。当术语“不敏感”或“非敏感”与描述对某一种类型的光或对具有给定值的或在给定范围内的波长的光子不敏感或非敏感的光检测器结合用于本文中时，应该理解为光检测器不能够吸收光检测器不敏感的光并且不能从光的吸收生成载流子。本专利技术的实施方案涉及能够产生增益的光检测器(即带有增益的光检测器)。光检测器可以是例如红外(IR)光检测器。也就是说，光检测器可以对红外区域中的至少一部分光敏感。在一个特定实施方案中，光检测器对波长为0.7μm至14μm(包括或不包括)的至少一部分敏感。在某些实施方案中，光检测器可以是对IR光敏感的，并且可以是对可见光不敏感。例如，光检测器的光敏化层可以是对波长为0.4μm至0.7μm的至少一部分不敏感。在一个实施方案中，光检测器的光敏化层可以是对0.4μm至0.7μm(包括或不包括)的整个波长范围不敏感。参见图1B，在一个实施方案中，光检测器10可以包括第一电极30、光敏层50、电子阻挡／隧穿层60以及第二电极70。光检测器10还可以任选地包括基底20和/或空穴阻挡层40。基底20可以是例如玻璃基底。尽管图1B包括用于多个部件的某些材料的标记，这些旨在仅用于示范的目，本专利技术的实施方案并不限于此。第一电极30可以是阴极，第二电极70可以为阳极。在另一个实施方案中，第一电极30可以是阳极，第二电极70可以为阴极。在某些实施方案中，第一电极30和/或第二电极70可以对可见光的至少一部分可见光和/或至少一部分IR光是透明的，但实施方案并不限于此。第一电极30可以包括以下材料中的一种或更多种：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF／Al/ITO、Ag／ITO和CsCO3／ITO。在一个特定实施方案中，第一电极30可以是ITO电极。第二电极70可以包括以下材料中的一种或更多种：ITO、IZO、ATO、AZO、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF／Al/ITO、Ag／ITO和CsCO3／ITO。在一个特定实施方案中，第二电极70可以是银电极。在某些实施方案中，光检测器10可以是IR光检测器，光敏化层50可以是IR敏化层。也就是说，IR敏化层可以对IR范围中的至少一部分光敏感。光敏化层50可以包括例如以下材料中的一种或更多种：PbS纳米晶体(量子点)、PbSe纳米晶体(量子点)、PCTDA、SnPc、SnPc：C60、AlPcCl、AlPcCl：C60、TiOPc、TiOPc：C60、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge和GaAs。图1A示出了作为光敏化层50的PbS纳米晶体的吸收光谱。参照图1A，PbS纳米晶体的光敏化层示出了在至少一部分红外区域的吸收。在一个实施方案中，电子阻挡／隧穿层可以是1，1-双[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷(TAPC)／MoO3堆叠层。TAPC层的厚度可以为例如0nm至100nm。MoO3层的厚度可以为例如0nm至100nm。在一个实施方案中，光检测器可以包括空穴阻挡层，空穴阻挡层可包括以下材料中的一种或更多种：ZnO、萘四羧酸酐(NTCDA)、2，9-二甲基-4，7-二苯基-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有增益的光检测器，包括：第一电极；在所述第一电极上的光敏化层；在所述光敏化层上的电子阻挡／隧穿层；以及在所述电子阻挡／隧穿层上的第二电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.30 US 61/503,3171.一种带有增益的光检测器，包括：第一电极；在所述第一电极上的光敏化层；在所述光敏化层上的电子阻挡/隧穿层；以及在所述电子阻挡/隧穿层上的第二电极。2.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述光敏化层对波长为0.7μm至14μm的光子敏感。3.根据权利要求2所述的带有增益的光检测器，其中所述光敏化层对波长为至少0.4μm且小于0.7μm的光子不敏感。4.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述光敏化层包括PbS量子点或PbSe量子点。5.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述光敏化层包括PbS量子点。6.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述光敏化层包括至少一种选自以下的材料：PbS量子点、PbSe量子点、PCTDA、SnPc、SnPc:C60、AlPcCl、AlPcCl:C60、TiOPc、TiOPc:C60、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge和GaAs。7.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述第一电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。8.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述第二电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。9.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述第一电极是阳极，其中所述第二电极是阴极。10.根据权利要求9所述的带有增益的光检测器，其中所述第一电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO；其中所述第二电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。11.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述电子阻挡/隧穿层为1,1-双[(二-4-甲苯基氨基)苯基]环己烷(简称TAPC)/MoO3堆叠层。12.根据权利要求11所述的带有增益的光检测器，其中所述TAPC层与所述光敏化层直接接触，其中所述MoO3层与所述第二电极直接接触。13.根据权利要求11所述的带有增益的光检测器，其中所述TAPC层的厚度不超过100nm，其中所述MoO3层的厚度不超过100nm。14.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，还包括在所述第一电极上并且在所述光敏化层下的空穴阻挡层。15.根据权利要求14所述的带有增益的光检测器，其中所述空穴阻挡层包括至少一种选自以下的材料：ZnO、萘四羧酸酐(NTCDA)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)、对-双(三苯基甲硅烷基)苯(UGH2)、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BPhen)、三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、3,5’-N,N’-二咔唑苯(mCP)、C60、三[3-(3-吡啶基)基]硼烷(3TPYMB)和TiO2。16.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，还包括在第一电极下的玻璃基底。17.根据权利要求1所述的带有增益的光检测器，其中所述电子阻挡/隧穿层为TAPC/MoO3堆叠层，其中所述TAPC层与所述光敏化层直接接触，其中所述MoO3层与所述第二电极直接接触，以及其中所述光敏化层包括PbS量子点。18.根据权利要求17所述的带有增益的光检测器，还包括在所述第一电极上并且在所述光敏化层下的空穴阻挡层。19.一种制造带有增益的光检测器的方法，包括形成第一电极；在所述第一电极上形成光敏化层；在所述光敏化层上形成电子阻挡/隧穿层；以及在所述电子阻挡/隧穿层上形成第二电极。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述光敏化层对波长为0.7μm至14μm的光子敏感。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述光敏化层对波长为至少0.4μm并且小于0.7μm的光子不敏感。22.根据权利要求19所述的方法，其中所述光敏化层包括PbS量子点或PbSe量子点。23.根据权利要求19所述的方法，其中所述光敏化层包括PbS量子点。24.根据权利要求19所述的方法，其中所述光敏化层包括至少一种选自以下的材料：PbS量子点、PbSe量子点、PCTDA、SnPc、SnPc:C60、AlPcCl、AlPcCl:C60、TiOPc、TiOPc:C60、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge和GaAs。25.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。26.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。27.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一电极是阳极，其中所述第二电极是阴极。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO，其中所述第二电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。29.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述电子阻挡/隧穿层包括形成TAPC/MoO3堆叠层。30.根据权利要求29所述的方法，其中使所述TAPC层形成为与所述光敏化层直接接触，其中使所述第二电极形成为与所述MoO3层直接接触。31.根据权利要求29所述的方法，其中所述TAPC层的厚度不超过100nm，其中所述MoO3层的厚度不超过100nm。32.根据权利要求19所述的方法，还包括在第一电极上形成空穴阻挡层，其中所述光敏化层形成于所述空穴阻挡层上。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述空穴阻挡层包括至少一种选自以下的材料：ZnO、萘四羧酸酐(NTCDA)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)、对-双(三苯基甲硅烷基)苯(UGH2)、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BPhen)、三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、3,5’-N,N’-二咔唑苯(mCP)、C60、三[3-(3-吡啶基)基]硼烷(3TPYMB)和TiO2。34.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述第一电极包括在玻璃基底上形成所述第一电极。35.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述电子阻挡/隧穿层包括形成TAPC/MoO3堆叠层，其中使所述TAPC层形成为与所述光敏化层直接接触，其中使所述第二电极形成为与所述MoO3层直接接触，以及其中所述光敏化层包括PbS量子点。36.根据权利要求35所述的方法，还包括在所述第一电极上形成空穴阻挡层，其中所述光敏化层形成于所述空穴阻挡层上。37.一种红外(简称IR)-可见光上转换器件，包括：带有增益的光检测器；和与所述带有增益的光检测器连结的有机发光器件(简称OLED)，其中所述带有增益的光检测器包括：第一光检测器电极；在所述第一光检测器电极上的光敏化层；在所述光敏化层上的电子阻挡/隧穿层；以及在所述电子阻挡/隧穿层上的第二光检测器电极。38.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述光敏化层对波长为0.7μm至14μm的光子敏感。39.根据权利要求38所述的IR-可见光上转换器件，其中所述光敏化层对波长为至少0.4μm且小于0.7μm的光子不敏感。40.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述光敏化层包括PbS量子点或PbSe量子点。41.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述光敏化层包括PbS量子点。42.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述光敏化层包括至少一种选自以下的材料：PbS量子点、PbSe量子点、PCTDA、SnPc、SnPc:C60、AlPcCl、AlPcCl:C60、TiOPc、TiOPc:C60、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge和GaAs。43.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述第一光检测器电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。44.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述第二光检测器电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。45.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述第一光检测器电极是阳极，其中所述第二光检测器电极是阴极。46.根据权利要求45所述的IR-可见光上转换器件，其中所述第一光检测器电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO，其中所述第二光检测器电极包括至少一种选自以下的材料：铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锡氧化物(ATO)、铝锌氧化物(AZO)、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、Ag/ITO和CsCO3/ITO。47.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述电子阻挡/隧穿层为TAPC/MoO3堆叠层。48.根据权利要求47所述的IR-可见光上转换器件，其中所述TAPC层与所述光敏化层直接接触，其中所述MoO3层与所述第二光检测器电极直接接触。49.根据权利要求47所述的IR-可见光上转换器件，其中所述TAPC层的厚度不超过100nm，其中所述MoO3层的厚度不超过100nm。50.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，还包括在所述第一光检测器电极上并且在所述光敏化层下的空穴阻挡层。51.根据权利要求50所述的IR-可见光上转换器件，其中所述空穴阻挡层包括至少一种选自以下的材料：ZnO、萘四羧酸酐(NTCDA)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)、对-双(三苯基甲硅烷基)苯(UGH2)、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BPhen)、三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、3,5’-N,N’-二咔唑苯(mCP)、C60、三[3-(3-吡啶基)基]硼烷(3TPYMB)和TiO2。52.根据权利要求37所述的IR-可见光上转换器件，其中所述OLED包括OLED电极、空穴传输层(简称HTL)、发光层(简称LEL)和电子传输层(简称ETL)。53.根据权利要求52所述的IR-可见光上转换器件，其中所述OLED电极包括至少一种选自以下的材料：ITO、IZO、ATO、AZO、银、钙、镁、金、铝、碳纳米管、银纳米线、LiF/Al/ITO、A...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰基·索，金渡泳，李在雄，布哈本德拉·K·普拉丹，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金会有限公司， 纳米控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US