一种光电探测器及其制作方法

1.本技术涉及半导体领域，具体为一种光电探测器及其制作方法。


背景技术：

2.现有的量子点红外探测器活性层使用单一尺寸的量子点材料。某一种尺寸的量子点经过配体交换，将表面的油酸配体替换成碘溴配体，经过离心、干燥，再重新分散成液态，进行旋涂，制备活性层。由于量子点的吸光特性决定，在与激子吸收峰相邻波长较短的波段，会有一个吸光度很低的谷，导致量子点光电探测器的光谱响应不均匀，在实际应用中，可能遗漏掉某些重要的光谱信息，限制了量子点光电探测的应用空间。
3.鉴于此，克服该现有技术产品所存在的不足是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术主要解决的技术问题是提供一种光电探测器及其制作方法，有源层包括第一胶体量子点和第二胶体量子点，第一胶体量子点和第二胶体量子点的吸收峰不相同，能够对有源层进行平带化处理，得到宽光谱响应探测器，光谱范围可以从可见光到1700nm的近红外光，并且截止波长可调。
5.为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种光电探测器，包括：基底、电子传输层、空穴传输层和有源层，所述电子传输层、所述空穴传输层和所述有源层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述电子传输层和所述空穴传输层之间，其中，所述有源层包括第一胶体量子点和第二胶体量子点，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点的吸收峰不相同。
6.优选地，所述第一胶体量子点的吸收峰为1300nm，所述第二胶体量子点的吸收峰1150nm。
7.优选地，所述光电探测器为底入射结构，所述光电探测器还包括电极，所述电子传输层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述电子传输层上，所述空穴传输层设置在所述有源层上，所述电极设置在所述空穴传输层上；或，
8.所述光电探测器为顶入射结构，所述光电探测器还包括电极和保护层，所述空穴传输层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述空穴传输层上，所述保护层设置在所述有源层上，所述电子传输层设置在所述保护层上，所述电极设置在所述电子传输层上。
9.优选地，所述基底为氧化铟锡基底，所述电子传输层包括zno，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点均为pbs量子点。
10.为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种光电探测器的制作方法，包括：
11.对基底进行清洗；
12.在基底上形成第一传输层；
13.通过第一胶体量子点和第二胶体量子点配置第一量子点溶液和第二量子点溶液；
14.将所述第一量子点溶液和所述第二量子点溶液按照指定的比例进行混合，得到量子点混合溶液；
15.在所述第一传输层上旋涂所述量子点混合溶液，并进行固化处理，以制备有源层，
16.其中，第一传输层为电子传输层或空穴传输层。
17.优选地，所述通过第一胶体量子点和第二胶体量子点配置第一量子点溶液和第二量子点溶液包括：
18.将pbi2、pbbr和dmf在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液；
19.将第一胶体量子点和第二胶体量子点分别溶于正辛烷，得到溶液i和溶液ii；
20.将溶液i和溶液ii分别与配体溶液混合，待混合后的溶液i和混合后的溶液ii分层后，用滴管从混合后的溶液i吸出第一下层液体，用滴管从混合后的溶液ii吸出第二下层液体；
21.根据第一下层液体和第二下层液体得到第一固态量子点和第二固态量子点；
22.将dmf与正丁胺混合，振荡均匀，得到胺溶液；
23.将第一固态量子点和第二固态量子点分别与胺溶液混合，得到第一量子点溶液和第二量子点溶液。
24.优选地，所述根据第一下层液体和第二下层液体得到第一固态量子点和第二固态量子点包括：
25.用移液枪在第一下层液体和第二下层液体中分别加入正辛烷，并进行振荡；
26.待混合后的第一下层液体和混合后的第二下层液体分层后，分别用滴管从混合后的第一下层液体和混合后的第二下层液体吸出混合下层液体；
27.将混合下层液体分装到不同离心管中，弃上清液，用棉签将管口管壁的残留液体擦净，抽干离心管中的溶剂，得到第一固态量子点和第二固态量子点。
28.优选地，所述将pbi2、pbbr和dmf在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液包括：
29.在手套箱中称量pbi2：pbbr2＝2.458g:0.848g，量取dmf20ml，在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液。
30.优选地，所述制作方法还包括：
31.当所述第一传输层为电子传输层时，在有源层上旋涂pbs-edt得到空穴传输层；在空穴传输层上蒸镀电极；
32.当所述第一传输层为空穴传输层时，在有源层上热蒸发一层保护层，在保护层磁控溅射zno形成电子传输层，在电子传输层上测控溅射ito作为电极。
33.优选地，所述第一胶体量子点的吸收峰为1300nm，和所述第二胶体量子点的吸收峰1150nm。
34.本技术的有益效果是：本技术提供一种光电探测器及其制作方法，包括：基底、电子传输层和有源层，所述电子传输层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述电子传输层上，其中，所述有源层包括第一胶体量子点和第二胶体量子点，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点的吸收峰不相同。
35.在本技术中，所述有源层包括第一胶体量子点和第二胶体量子点，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点的吸收峰不相同，能够对有源层进行平带化处理，得到宽光
谱响应探测器，光谱范围可以从可见光到1700nm的近红外光，并且截止波长可调。此外，经过平带化处理的量子点光电探测器件相较于大尺寸量子点器件，有更低的暗电流。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是本技术实施例提供一种光电探测器的制作方法的流程示意图；
38.图2是本技术实施例提供一种光电探测器i的光谱对比图；
39.图3是本技术实施例提供一种光电探测器ii的光谱对比图；
40.图4是本技术实施例提供一种光电探测器iii的光谱对比图；
41.图5是本技术实施例提供一种光电探测器的暗电流对比图。
具体实施方式
42.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
44.在本技术中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。
45.需要说明的是，本技术实施例方法由于是在电子设备中执行，各电子设备的处理对象均以数据或信息的形式存在，例如时间，实质为时间信息，可以理解的是，后续实施例中若提及尺寸、数量、位置等，均为对应的数据存在，以便电子设备进行处理，具体此处不作赘述。
46.实施例1：
47.为解决前述问题，本实施例提供一种光电探测器，包括：基底、电子传输层、空穴传输层和有源层，所述电子传输层、所述空穴传输层和所述有源层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述电子传输层和所述空穴传输层之间，其中，所述有源层包括第一胶体量子点和第二胶体量子点，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点的吸收峰不相同。
48.在可选的实施例中，所述光电探测器为底入射结构，所述光电探测器还包括电极，所述电子传输层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述电子传输层上，所述空穴传输层设置在所述有源层上，所述电极设置在所述空穴传输层上；或，
49.在另一个可选的实施例中，所述光电探测器为顶入射结构，所述光电探测器还包括电极和保护层，所述空穴传输层设置在所述基底上，所述有源层设置在所述空穴传输层上，所述保护层设置在所述有源层上，所述电子传输层设置在所述保护层上，所述电极设置在所述电子传输层上。其中，保护层为c60。
50.其中，所述基底为氧化铟锡基底，所述电子传输层包括zno，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点均为pbs量子点。所述第一胶体量子点的吸收峰为1300nm，所述第二胶体量子点的吸收峰1150nm。
51.在本实施例中，所述有源层包括第一胶体量子点和第二胶体量子点，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点的吸收峰不相同，能够对有源层进行平带化处理，得到宽光谱响应探测器，光谱范围可以从可见光到1700nm的近红外光，并且截止波长可调。此外，经过平带化处理的量子点光电探测器件相较于大尺寸量子点器件，有更低的暗电流。
52.实施例2：
53.基于前述实施例1，本实施例提供一种光电探测器的制作方法，包括：
54.s1：对基底进行清洗；
55.在可选的实施例中，用去洗洁精清洗基底5-20min，用去离子水清洗基底5-20min，用异丙醇清洗基底5-20min，用无水乙醇清洗基底5-20min，再用氮气枪吹干。
56.s2：在基底上形成第一传输层；
57.其中，第一传输层为电子传输层或空穴传输层
58.具体地，当所述第一传输层为电子传输层时，在干净的基底上磁控溅射300nmzno得到电子传输层。
59.当所述第一传输层为空穴传输层时，在干净的基底上磁控溅射50nm nio，再旋涂10nm左右厚度的pbs-edt得到空穴传输层。
60.s3：通过第一胶体量子点和第二胶体量子点配置第一量子点溶液和第二量子点溶液；
61.其中，所述第一胶体量子点和所述第二胶体量子点均为pbs量子点，所述第一胶体量子点的吸收峰为1300nm，和所述第二胶体量子点的吸收峰1150nm。
62.在本实施例中，将pbi2、pbbr和dmf在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液；在手套箱中称量pbi2：pbbr2＝2.458g:0.848g，量取dmf20ml，在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液。
63.将第一胶体量子点和第二胶体量子点分别溶于正辛烷，得到溶液i和溶液ii；将溶液i和溶液ii分别与配体溶液混合，待混合后的溶液i和混合后的溶液ii分层后，用滴管从混合后的溶液i吸出第一下层液体，用滴管从混合后的溶液ii吸出第二下层液体；根据第一
dimethylformamide，甲酰二甲胺)20ml，在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液。
78.(2)将吸收峰为1300nm和吸收峰为1150nm的pbs量子点分别溶于正辛烷，配置成浓度为10mg/ml的溶液ⅰ和溶液ⅱ。
79.(3)用注射器和滤头将配体溶液过滤到两个玻璃瓶中，各10ml。将溶液ⅰ和溶液ⅱ分别过滤到两个玻璃瓶中，旋紧瓶盖，手动振荡，静置或轻微摇晃待溶液分层，用滴管吸出下层液体。
80.(4)用移液枪加入正辛烷，手动振荡，静置或轻微摇晃待溶液分层，用滴管吸出下层液体。重复两次。
81.(5)将交换后的量子点溶液分装到不同离心管中，9000r离心5min，弃上清液，用棉签将管口管壁的残留液体擦净，将离心管放入手套箱过渡仓中抽干溶剂(30min-1h)。
82.(6)在手套箱中，将n-n二甲基甲酰按(dmf)与正丁胺(bta)混合，振荡均匀，配制为胺溶液。
83.(7)向底部有pbs-pbx2固体(固态量子点)的离心管中加入胺溶液，浓度配制为200-400mg/ml，使用小振荡器缓慢振荡1-2min，使量子点完全溶解。将不同尺寸量子点的胺溶液按照1：1的体积比混合，震荡均匀备用。
84.(8)打开匀胶机电源及抽气泵，设置转速2500r/min，时间40s，加速度500。将器件吸附在托盘上，用洗耳球吹去表面灰尘。旋涂pbs-pbx2/胺溶液(量子点混合溶液)。将热台温度调至60-100℃，退火7-10min，除去胺溶液。
85.步骤四：在量子点吸光层上旋涂10nm左右厚度的pbs-edt得到空穴传输层。
86.步骤五：在空穴传输层上蒸镀100nmau电极。
87.实施例4：
88.步骤一：用去洗洁精清洗2.5cm乘以2.5cm的氧化铟锡(ito)基底5-20min，用去离子水清洗氧化铟锡(ito)基底5-20min，用异丙醇清洗氧化铟锡(ito)基底5-20min，用无水乙醇清洗氧化铟锡(ito)基底5-20min，再用氮气枪吹干。
89.步骤二：在干净的ito导电玻璃上磁控溅射50nm nio，再旋涂10nm左右厚度的pbs-edt得到空穴传输层。
90.步骤三：有源层制备
91.(1)在手套箱中称量pbi2：pbbr2＝2.458g:0.848g,量取dmf 20ml，在玻璃瓶中进行混合、溶解，配制得到配体溶液。
92.(2)将吸收峰为1300nm和吸收峰为1500nm的pbs量子点分别溶于正辛烷，配置成浓度为10mg/ml的溶液ⅰ和溶液ⅱ。
93.(3)用注射器和滤头将配体溶液过滤到两个玻璃瓶中，各10ml。将溶液ⅰ和溶液ⅱ分别过滤到两个玻璃瓶中，旋紧瓶盖，手动振荡，静置或轻微摇晃待溶液分层，用滴管吸出下层液体。
94.(4)用移液枪加入正辛烷，手动振荡，静置或轻微摇晃待溶液分层，用滴管吸出下层液体。重复两次。
95.(5)将交换后的量子点溶液分装到不同离心管中，9000r离心5min，弃上清液，用棉签将管口管壁的残留液体擦净，将离心管放入手套箱过渡仓中抽干溶剂(30min-1h)。
96.(6)在手套箱中，将n-n二甲基甲酰按(dmf)与正丁胺(bta)混合，振荡均匀，配制为
胺溶液。
97.(7)向底部有pbs-pbx2固体的离心管中加入胺溶液，浓度配制为200-400mg/ml，使用小振荡器缓慢振荡1-2min，使量子点完全溶解。将不同尺寸量子点的胺溶液按照体积比1：1混合，震荡均匀备用。
98.(8)打开匀胶机电源及抽气泵，设置转速2500r/min，时间40s，加速度500。将器件吸附在托盘上，用洗耳球吹去表面灰尘。旋涂pbs-pbx2/胺溶液。将热台温度调至60-100℃，退火7-10min，除去胺溶液。
99.步骤四：在有源层上热蒸发一层10nm左右厚度的c60作为保护层。
100.步骤五：在c60层上磁控溅射130nm左右厚度的zno作为电子传输层。
101.步骤六：在zno层上测控溅射250nm左右的ito作为电极。
102.如图2～图5的实验对比图所示，采用前述方式制作的量子点光电探测器在可见光至短波红外波段有较为平坦的光电响应，并且相较于截止波长对应的单一尺寸的量子点器件，有着更低的暗电流。
103.在其他实施例中，也可以利用微制造技术，在器件表面设计一定的光学结构，增强对光谱响应较低波段的光吸收。
104.以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。