[发明专利]一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测的构型设计

说明书

本发明涉及一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器。其技术方案是：以n型金属氧化物薄膜（ZnO，Gasubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;）中的一种和p型卤化物钙钛矿薄膜（CsPbIsubgt;3/subgt;，CSPbBrsubgt;3/subgt;）中的一种组成异质结光吸收层。光吸收层利用两种不同材料组成异质结构，这种n型导电材料和p型导电材料接触后形成的内建电场，可以促使光生载流子分离并向电极漂移。在形成的稳定的内建电场作用下，可以有效降低光生电子和光生空穴的复合率，促使更多的光生载流子可以定向移动形成光电流，从而进一步提升光电探测器的光电转换效率。不仅可以实现在特殊环境下无人值守的自驱动工作，还可以有效提升光电转换效率，提升光电探测器自身效能。

技术领域

本发明属于光电器件和半导体物理学领域。具体涉及到，基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器构型。利用 n型金属氧化物薄膜和 p型卤化物钙钛矿薄膜接触平衡后在异质结表面形成的内建电场，使得在光照下的非平衡载流子向两个电极漂移，最终实现了光电器件的自驱动工作模式，并进一步提高光电探测器的性能。

背景技术

近年来随着半导体理论和工艺技术的飞速发展。人们对于半导体具有的诸多特性进行了研究，除了半导体广为人知的导电能力介于绝缘体和导体之间的特性外。半导体的光电特性也成为了热门研究对象之一。

半导体的光电转换的基本原理可以概括为，当一定频率（波长）的光照射在半导体表面时，使得半导体内电子可以克服材料功函数从表面逸出，从而形成光生电流。而后通过对产生的光生电流分析可以得知照射光的一些特性。并且将光信号转化电信号，通过分析电信号参数，就可以得到光照信号的位置，波长，强弱等物理特性。

基于半导体光电转换的基本原理，可以设计出光电探测器。近年来光电探测器被广泛应用在，军事，生活，工业等领域。包括光通信，宇宙探索，环境监测，生物医学成像等。随着人类科技的飞速发展，对于光电探测器的性能要求也愈来愈高，目前对于光电探测器提出的主流要求包括：重量尺寸小易于集成，功耗低和转换率高，易于在特殊环境中作业包括恶劣天气和有毒环境中作业。基于上述要求，本专利设计了一种无人值守具有自驱动型的光电探测器，并且使得其光电转换率在特殊作业环境中得以保障。

钙钛矿是一种光电半导体材料，其具有直接带隙，高发光量子效率，发光谱线窄，以及带宽在蓝光到近红外区域连续可调控等优良特性。并且由于其制备成本低，因此可以减少工业领域的应用成本，从而提高经济效益。本专利采用的卤化物钙钛矿材料，在上述优良特性外还具有禁带宽度可调控，高载流子迁移率以及光吸收率高的特点。因而其可以作为光电探测器的光吸收层，从而提高对于光照的吸收率。

当 n型导电材料和 p型导电材料表面相互接触，由于浓度梯度差异会形成空穴和电子的扩散，在建立平衡状态后，会形成一个较为稳定的内建电场。这种异质结构形成的内建电场，可以促进光激发的非平衡载流子的漂移，而非平衡载流子的漂移会形成光电流。因此利用异质结构，可以提高光电转换效率，并且利用异质结构接触产生的内建电场，可以促进光电探测器的自驱动工作。

本专利采用一种基于卤化物钙钛矿异质结自驱动光电探测器，可以提高光吸收率，并且可以在无人值守的条件下工作。在一定程度上提升了光电转换效率，提升了光电探测器的效能。

发明内容