[发明专利]光晶体管结构的柔性紫外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型光晶体管结构的紫外探测器技术,属于光电探测技术领域。

背景技术

紫外光电探测器及其相关技术在军用民用都有着广泛的应用，如在导弹预警与跟踪、紫外光通讯、引擎工作监测、深空探索研究、紫外天文学、环境监测、火灾探测与报警、以及医学检测等等。因此，紫外探测技术一直是国际上的研究热点以及各国主要竞争的技术领域之一。

随着信息技术的发展，在提高性能的同时，迫切需求紫外探测器件向着小型化、阵列化和柔性化的方向发展。而对于半导体为主的紫外探测器件，通常需要在单晶材料上通过分子束外延等手段制备，并且探测器靶面工艺和单晶硅读出集成电路(ROIC)工艺不兼容，所以它们只能单独制备，难以实现器件的小型化和阵列化。随着新型纳米材料和制备技术的发展，溶液法制备的半导体材料兴起以及所具有的优势，使紫外探测器不仅可以实现小型化、阵列化，而且有实现柔性化的潜能。在此基础上，如何充分发挥这类半导体材料的优势，设计新的材料和器件，以克服传统探测器固有的限制，或者与传统半导体探测器结合，进一步提高紫外探测的性能，都成为近年来的研究热点和趋势。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种无机钙钛矿CsPbX₃量子点与薄膜有机结合的新型光晶体管结构的紫外光探测器。采用CsPbX₃薄膜为有源层，采用相同物质CsPbX₃的量子点掺杂的有机层PMMA为栅绝缘层制备光晶体管，并以CsPbX₃量子点为紫外光感应窗口，在薄膜晶体管三极调制下，获得光生载流子分离、转换的电信号读取、放大的集成功能，以实现高响应度的紫外信号探测。

技术方案：本发明的一种无机钙钛矿光晶体管结构的紫外探测器，基底为玻璃基底，在基底上制备CsPbX₃薄膜作为有源层，在CsPbX₃薄膜表面制备同物质的CsPbX₃量子点掺杂的PMMA有机层作为栅绝缘层，以此为紫外光感应窗口；薄膜晶体管的源极、漏Au电极分别位于CsPbX₃薄膜上的两边，FTO栅极位于CsPbX₃薄膜的上的中间，在薄膜晶体管的源极、漏Au电极和FTO栅极调制下，获得光生载流子分离、转换的电信号读取、放大的集成功能，以实现高响应度的紫外信号探测。

或：

基底为玻璃基底，在基底上制备FTO导电薄膜层作为栅极，在栅极上制备CsPbX₃量子点掺杂的PMMA有机层作为栅绝缘层，在栅绝缘层上旋涂同质的CsPbX₃薄膜为有源层，源极、漏Au电极分别位于CsPbX₃薄膜的两边，在薄膜晶体管的源极、漏Au电极和FTO栅极调制下，获得光生载流子分离、转换的电信号读取、放大的集成功能，以实现高响应度的紫外信号探测。

其中：

所述的基底可为柔性PET衬底。

所述的栅绝缘层中掺杂的CsPbX₃量子点与有源层的CsPbX₃薄膜形成同质结构，降低了栅极与有源层间的势垒，利于光生载流子对有源层的注入，在源、漏电极作用下，可获取放大的光电流，提高紫外光探测性能。

所述的栅绝缘层通过将CsPbX₃和PMMA充分溶解于甲苯溶剂中，采用溶液旋涂法在相应材料表面进行成膜，并进行退火处理得到。

所述的CsPbX₃和PMMA充分溶解于甲苯溶剂中的比例为：CsPbX₃浓度1mg/ml至5mg/ml，PMMA浓度为2wt％至10wt％。

采用磁控溅射技术制备FTO透明薄膜，通过光刻技术制备FTO栅电极。

新型的光晶体管顶栅结构的紫外光探测器工作原理为：在栅、源、漏电极加以电压，通过紫外光照射感应窗口，CsPbX₃量子点产生的光生载流子在栅极偏压下分离并注入有源层形成沟道，源漏电极得以导通形成光电流，完成了光信号向电信号的转变，实现了光电探测器的探测功能。

新型的光晶体管底栅结构的紫外光探测器，其结构由衬底起依次有带有刻蚀电极的衬底，之上制备CsPbX₃的量子点掺杂的有机层PMMA作为栅绝缘层，在栅绝缘层上制备同种CsPbX3材料的薄膜作为有源层，有源层上利用光刻技术以及湿法刻蚀工艺形成覆盖在器件有源层通孔处制备Au电极作为源漏电极。