[发明专利]在低驱动电压下具有高探测灵敏度的IR光探测器

说明书

本申请的交叉引用

本申请主张2010年11月23日提交的美国临时申请序列号No.61/416,630的优先权，其全部内容包括任何附图、表格或图形，通过引用结合于此。

背景技术

现有的夜视护目镜是复杂的光电装置，其加强现有光线而不依赖于其自身的光源。在典型的结构中，称之为物镜的传统透镜捕获环境光和某些近红外光。所收集的光接着被发送给图像增强管。该图像增强管使用光阴极收集光能的光子，用于生成电子。当电子穿过增强管时，更多的电子可从管内的原子释放，将原始数目的电子乘以数千的因子，通常通过使用微通道板（Micro Channel Plate，MCP）完成。图像增强管可被定位，使得串联电子轰击在增强管的末端的涂磷屏幕，电子保留他们穿过的通道位置。电子的能量使磷达到激发状态并释放光子，其产生屏幕上的绿色图像和现有的夜视特征状态。绿色的荧光图像可以通过目镜看到，在目镜，图像被放大和聚焦。

近来，光上转换装置吸引了很大的研究兴趣，原因在于他们在夜视、测距、安全和半导体晶片检测中的潜在的应用。早期的近红外（NIR）上转换装置大多数基于无机半导体的异质结结构，其中光探测和发光部是串联的。上转换装置主要通过光探测法区分。现有的无机和混合上转换装置制造成本昂贵，且制造工艺与大面积应用不兼容。不断努力实现具有高转换效率的低成本的上转换装置。不幸地是，现在还不能允许以低驱动电压进行足够的探测灵敏度，原因通常在于造成光探测器的不足够对比度的高暗电流强度。因此，存在着以下需求，实现上转换装置的高对比度和IR光探测器，该IR光探测器具有高探测灵敏度同时需要低驱动电压，例如，约10V。

发明内容

本发明的实施例涉及红外光探测器，包括IR传感层，用于隔离电子阻挡层（EBL）和空穴阻挡层（HBL），其中，所述IR光探测器具有高探测灵敏度。该IR光探测器可在低于20V的电压下使用。可使用苝-3,4,9,10-四甲-3,4,9,10-四甲酸二酐（PCTDA）、锡（II）酞菁（SnPc）、SnPc:C₆₀、氯化铝酞菁（AlPcCl）、AlPcCl:C₆₀、酞菁氧钛(TiOPc)、TiOPc:C₆₀PbSe量子点(QDs)、PbS QDs、PbSe薄膜、PbS薄膜、InAs、InGaAs、Si、Ge、或GaAs的IR传感层。EBL可以是聚(9,9-邻苯二甲酸二辛-芴-co-N-(4-苯基)苯胺)(TFB),聚-N,N-双-4-苯基-N,N-双-苯基联苯胺(聚-TPD),或者聚苯乙烯-N,N-二苯基-N,N-双(4-n-苯基)-(1,10-联苯)-4,4-二胺-全氟环丁烷(PS-TPD-PFCB)，以及HBL可以是2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮菲(BCP),p-双(三苯基硅)苯(UGH2),4,7-二苯基-1,10-邻二氮菲(BPhen),三-(8-羟基喹啉)铝(Alq₃),3,5’-N,N’-二咔-苯(mCP),C₆₀,三[3-(3-吡啶)-异丙叉]硼烷(3TPYMB),ZnO薄膜,ZnO纳米粒子,TiO₂薄膜,或者TiO₂纳米粒子。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的具有高探测灵敏度的红外光探测器的示意图。

图2示出根据本发明的实施例的a）示意图和b）不具有和具有空穴阻挡层和/或电子阻挡层的有机光探测器的暗J-V特征，以及（c）作为波长的函数的具有空穴和电子阻挡层的有机光探测器的探测灵敏度。

图3示出a）根据本发明的实施例的EBL和HBL材料的化学结构和用于制备IR光探测器的IR传感材料的TEM图像，b）典型的各种尺寸的PbSe QD纳米晶体的具有量子点的TEM图像的插入的吸收光谱，以及c）用于暗电流降低的IR光探测器的能量结构示意图。

图4示出了a）根据本发明的实施例的、包括不具有和具有HBL和EBL的光探测器的PbSe量子点的电流-电压（J-V）特征的曲线图，在基于λ=830nm的暗(J_d)和亮(J_ph)的状态下；b）-0.5V偏压下的各种IR光探测器的暗电流、光-电流和计算出的探测值灵敏度值；以及c）从偏压-0.5V的光谱响应曲线计算出的用于不具有或具有HBL和EBL的光探测器的整个可见光和红外光谱下的探测灵敏度曲线。

具体实施方式