[发明专利]一种量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源及其制备方法

权利要求书

1.一种量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源，其特征在于，将钙钛矿单光子发光二极管集成于量子芯片，包括自制基底及其上表面的由第一电荷传输阻挡层、钙钛矿层、第二电荷传输阻挡层和顶电极组成的层叠结构；所述自制基底包括衬底、底电极和波导结构，其中波导结构位于底电极之上的为平行耦合基底，波导结构位于底电极之下的为垂直耦合基底，相应的器件结构为平行耦合结构和垂直耦合结构；底电极、钙钛矿层以及顶电极图案化，且钙钛矿层同一层中无钙钛矿材料的区域由绝缘材料覆盖；该光源的发光区域为底电极、顶电极和钙钛矿层三者的重叠区域。

2.如权利要求1所述的量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源，其特征在于，所述光源为垂直耦合结构的器件，从下至上依次为衬底、波导结构、光耦合层、底电极、第一电荷传输阻挡层、钙钛矿层及绝缘阻挡层、第二电荷传输阻挡层、顶电极和封装层；钙钛矿层与绝缘阻挡层属于同一层，但覆盖区域不同，其中钙钛矿层覆盖波导结构上方及一侧，绝缘阻挡层覆盖波导结构另一侧。

3.如权利要求1所述的量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源，其特征在于，所述光源为平行耦合结构的器件，从下至上依次为衬底、底电极、波导结构、第一电荷传输阻挡层、钙钛矿层及绝缘阻挡层、第二电荷传输阻挡层、顶电极和封装层；钙钛矿层与绝缘阻挡层属于同一层，但覆盖的区域不同，其中钙钛矿层覆盖波导结构一侧，绝缘阻挡层覆盖波导结构上方及另一侧。

4.如权利要求2或3所述的量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源，其特征在于，发光区域具有光学微腔，和/或，在波导结构与发光区域的接触端设有光耦合器。

5.如权利要求4所述的量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源，其特征在于，所述光学微腔为法布里-珀罗微腔、光子晶体微腔或回音壁式微腔；所述光耦合器是耦合光栅。

6.如权利要求1所述的量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源，其特征在于，所述第一电荷传输阻挡层为电子传输空穴阻挡层，则第二电荷传输阻挡层为空穴传输电子阻挡层，或者，所述第一电荷传输阻挡层为空穴传输电子阻挡层，则第二电荷传输阻挡层为电子传输空穴阻挡层。

7.权利要求1～6任一所述量子芯片集成钙钛矿电致脉冲光源的制备方法，包括以下步骤：

1)制备带有波导的基底：对于垂直耦合基底，首先在衬底上沉积一层波导材料，然后对波导材料进行图案化，形成波导结构；接着在波导结构上沉积光耦合层，再在光耦合层上表面制备底电极；对于平行耦合基底，首先在衬底表面制备底电极，然后在底电极的表面沉积一层波导材料，并对波导材料进行图案化，形成波导结构；

2)制备电致钙钛矿单光子发射器件：在步骤1)制备好的基底表面依次沉积第一电荷传输阻挡层、钙钛矿层、第二电荷传输阻挡层，在沉积第二电荷传输阻挡层之前，利用刻蚀技术图案化钙钛矿层，并利用绝缘材料填充刻蚀掉的区域，形成绝缘阻挡层；

3)制备顶电极：在步骤2)沉积的第二电荷传输阻挡层的表面制备顶电极；

4)封装。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述衬底为玻璃片、硅片、PET膜或PI膜；所述波导材料为Si₃N₄或SiC；所述光耦合层的材料为SiO₂或Al₂O₃；所述底电极材料为Au、Ag、ITO、Al、Cu或它们的混合物；步骤2)中，所述钙钛矿层为单晶或多晶钙钛矿；所述第一电荷传输阻挡层和第二电荷传输阻挡层中一个为电子传输空穴阻挡层，另一个为空穴传输电子阻挡层，电子传输空穴阻挡层的材料为聚乙酰亚胺修饰的ZnO、SnO、TPBI、TmPyPb和LiF中的一种或多种的结合，空穴传输电子阻挡层的材料为Poly-TPD、TFB、CuO、CuSCN、PEDOT:PSS和PTAA中的一种或多种的结合。