[发明专利]双极性响应双色探测器、其制备方法及应用

说明书

本申请揭示了一种双极性响应双色探测器、其制备方法及应用。所述探测器包括：第一光吸收层，其能够吸收第一波长域的光并基于光伏效应形成光生载流子；第二光吸收层，其能够吸收第二波长域的光并基于光热电效应形成光生载流子，所述第二光吸收层与第一光吸收层配合形成pn异质结；第一电极，其与第一光吸收层电性接触，且所述第一电极与第二光吸收层间隔设置；第二电极，其与第二光吸收层电性接触。本申请的双色探测器具有集成度高、双极性响应、能耗低等优点，且操作简单，准确度高，对简化光通信系统的设计和实现高效率信号调制方案而言具有极大的意义。

技术领域

本申请涉及一种紫外红外双色探测器，具体涉及一种半导体异质结双极性响应双色探测器、其制备方法及应用，属于光电技术领域。

背景技术

光电信息的研究与应用是电子信息、光学、半导体技术等领域的重要组成部分，也是推动信息技术革命和国家经济发展的核心技术，而光电探测器则是人类利用光电信息的基础，尤其是红外探测器和紫外探测器已被广泛应用于人们生活中的各个方面。

随着科技的发展和探测环境的日益复杂，单色的探测器在许多场景下已经难以满足人们的应用需求。如单红外探测技术以红外成像方法实现目标探测时，很容易受到其它目标的干扰，如道路、建筑物等，特别是太阳光对地面的强反射，因此红外探测非常容易产生虚警。另一方面，由于大气对紫外线的强吸收与散射作用，导致单紫外探测的距离有限。当探测目标中的紫外光成分较弱时，探测距离上的劣势将进一步放大。因此，为了有效地抑制背景的复杂度对探测器的影响，提高探测器在模糊背景或不断发生变化的目标的探测效果，研究人员把红外探测器和紫外探测器集成到一起，实现能同时探测紫外和红外波段的红外-紫外双色探测器，这成为光电探测器发展的一个重要方向。

目前商业化的紫外红外探测器依靠不同波段探测器的电路集成实现，即将紫外探测电路和红外探测电路结合到同一探测系统中。这种结构给电路设计带来了一定的困难，且不同电路的集成导致了探测系统存在体积大、集成度低等不足。同时，由于紫外探测技术往往依赖需要高电压的光电倍增效应，从而会造成高能耗和相应安全问题。

近年来，有学者提出利用紫外和红外光敏材料的异质集成，通过光伏效应来实现单探测器的不同波段探测。例如，有研究人员将氧化锌(ZnO)和还原氧化石墨烯(RGO)异质结多层结构集成于同一器件上，实现了不同波段的探测，该器件在365nm紫外光照射下响应度达到0.13AW^-1，并且在可见光波段(412-519nm)和红外波段(＞780nm)均具有明显的光响应能力。还有研究人员采用高空穴迁移率、带隙可调的二维红外光敏材料黑磷(BP)以及抗辐照能力强的天然日盲紫外材料氧化镓(Ga₂O₃)实现了紫外-红外双波段异质集成型探测器，该器件在紫外(254nm)和红外波段(1030nm)分别具有88.4mA W^-1和1.24mA W^-1的响应度。尽管这些基于光伏效应的双波段探测器设计能显著降低器件能耗和提高器件集成度，但却无法区分入射光的波长。因此在如光通信系统等数字化的应用中仍需搭配滤光片使用，从而极大地抑制了其应用优势和发展。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种双极性响应双色探测器、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述目的，本申请采用的技术方案包括：

本申请的一个方面提供了一种双极性响应双色探测器，包括：

第一光吸收层，其能够吸收第一波长域的光并基于光伏效应形成光生载流子；

第二光吸收层，其能够吸收第二波长域的光并基于光热电效应形成光生载流子，所述第二光吸收层与第一光吸收层层叠设置且两者配合形成pn异质结，所述第一波长域与第二波长域不同；

第一电极，其与第一光吸收层电性接触，且所述第一电极与第二光吸收层间隔设置；

第二电极，其与第二光吸收层电性接触。