[发明专利]一种自偏压光电探测器及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种自偏压光电探测器及其制备方法和应用。本申请的自偏压光电探测器，包括基板和固定在基板上的光电结构，光电结构包括光敏半导体层和阻挡半导体层，以及对电极薄膜层；光敏半导体层为硫化镉形成的n型半导体材料层；阻挡半导体层为二氧化钛和/或金属掺杂二氧化钛形成的n型半导体材料层。本申请的自偏压光电探测器，采用硫化镉作为光敏半导体层，二氧化钛和/或金属掺杂二氧化钛作为阻挡半导体层，CdS层具有良好的光敏特性，配合二氧化钛形成半导体结，可以减低漏电流，提高光电响应效应。本申请的自偏压光电探测器具有高可靠性、低正向工作电压和高光萃取效率的优点。

技术领域

本申请涉及光电探测器技术领域，特别是涉及一种自偏压光电探测器及其制备方法和应用。

背景技术

光电探测器是未来的光芯片技术，光电集成技术的关键器件，这需要光电探测器具有足够高的响应度和响应速度。而器件透明化和响应波段进入紫外可以使得光探测器在日光下工作，也可以使得探测器在屏下集成，在玻璃上集成，或制备全透明的光电探测。自供电探测器具有节能，永久工作，集成方便的特点，被人们大量的研究。最近基于自供电光电探测器的直流，交流纳米发电机也引起了人们极大的兴趣。自偏压探测器灵敏度很高，但是自偏压光电探测器不具有光电流增益。所以现有的大部分自供电光探测器的响应度不高，也就是同样的光照强度下光电流强度不高。

因此，如何提高自偏压光电探测器的响应度，仍然是本领域的研究重点。

发明内容

本申请的目的是提供一种改进的自偏压光电探测器及其制备方法和应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种自偏压光电探测器，其包括基板和固定在基板上的光电结构，光电结构包括光敏半导体层和阻挡半导体层，以及对电极薄膜层；光敏半导体层为硫化镉形成的n型半导体材料层；阻挡半导体层为二氧化钛和/或金属掺杂二氧化钛形成的n型半导体材料层。

需要说明的是，本申请创造性的设计n-n型半导体材料层的自偏压光电探测器，应用TiO₂或金属掺杂TiO₂与CdS构成半导体结，实现快速响应。本申请的自偏压光电探测器与现有技术相比，1)CdS层具有良好的光敏特性；2)单CdS层光电漏电流大，应用TiO₂或金属掺杂TiO₂层与CdS构成半导体结，减低漏电流，提高光电响应效应；3)采用ITO、FTO、AZO等透明电极，可以做成不同需求的透明光电探测器。例如，氧化锌基透明导电电极CdS/TiO₂基光电探测芯片具有高可靠性、低正向工作电压和高光萃取效率，为实现高效、低成本光电探测芯片提供了一种有效方法和途径。可以理解，本申请的自偏压光电探测器中，光敏半导体层和阻挡半导体层的顺序是可以调换的，例如，可以是基板+光敏半导体层+阻挡半导体层的结构顺序，也可以是基板+阻挡半导体层+光敏半导体层的结构顺序。

本申请的一种实现方式中，金属掺杂二氧化钛的掺杂元素为铌和/或钽。

优选的，铌的掺杂量为阻挡半导体层总重量的0.1-20％，钽的掺杂量为阻挡半导体层总重量的0.1-20％。

优选的，铌的掺杂量为阻挡半导体层总重量的1.5-7％，钽的掺杂量为阻挡半导体层总重量的1.5-7％。

本申请的一种实现方式中，阻挡半导体层的厚度为5-500nm。

本申请的一种实现方式中，光敏半导体层的厚度为5-500nm。

本申请的一种实现方式中，基板为玻璃、导电玻璃、柔性衬底、石英片或蓝宝石。

本申请的一种实现方式中，对电极薄膜层为氧化铟锡、氧化锌铝和氟掺杂氧化锡、纳米银线和碳浆中的至少一种形成的导电薄膜。

本申请的另一面公开了本申请的自偏压光电探测器在光电探测芯片中的应用。