CN106252454B - 一种光电探测器及光电探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电探测器及光电探测装置，通过在光感有源层背离第一电极和第二电极的一侧设置第三电极，可以通过对第三电极施加与第一电极的电压或第二电极的电压不同的电压，使第三电极至少与第一电极或第二电极中的一个电极之间产生电场，以使光电探测器中的总电场方向由原来的水平方向变化为其它方向，从而改变电子泄漏的通道，可以降低水平电场导致的暗电流，进而当光电探测器进行光探测产生光电流时，可以提高光电流与暗电流的对比度。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种光电探测器及光电探测装置。
背景技术
金属-半导体-金属(Metal-Semiconductor-Metal，MSM)型光电探测器利用金属与半导体界面间的肖特基势垒形成类似PN结的载流子耗尽区。半导体内由入射光产生的光生载流子在外加电场的作用下反向肖特基结耗尽区内发生漂移运动，迅速被光电探测器两端的电极收集。由于MSM结构光探测器具有结构简单、寄生电容小、响应速度快、制作工艺成本低等特点被广泛应用于各类光子和粒子探测器中。
现有MSM结构的光电探测器中，在外加电压的作用下会产生水平电场，从而形成电子泄漏的通道，直接导致暗态时水平横向暗电流增大，从而导致光电流与暗电流的对比度降低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种光电探测器及光电探测系统，用以解决现有技术中由于水平横向暗电流的增加，导致的光电流与暗电流的对比度降低的问题。
因此，本发明实施例提供了一种光电探测器，包括：光感有源层、位于所述光感有源层一侧的相互绝缘且间隔设置的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别与所述光感有源层电连接，还包括：位于所述光感有源层另一侧的第三电极。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述第三电极在所述光感有源层上的正投影至少覆盖所述第一电极和所述第二电极在所述光感有源层上的正投影。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述第三电极完全覆盖所述光感有源层的另一侧表面。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述第一电极与所述第二电极组成交叉指形电极。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述第三电极的材料为高反射性的不透明金属材料。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述不透明金属材料包括：银，铝、铜、钼或金中之一或组合。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述第一电极的材料为透明导电材料；和/或，
所述第二电极的材料为透明导电材料。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，所述透明导电材料为具有高透过率的金属材料。
相应地，本发明实施例还提供了一种光电探测装置，包括：本发明实施例提供的上述任一种光电探测器以及分别与所述光电探测器中的第一电极、第二电极以及第三电极电性连接的电压驱动单元；
所述电压驱动单元用于对所述第一电极和所述第二电极施加不同的电压，以及对所述第三电极施加与所述第一电极的电压或所述第二电极的电压不同的电压；其中，所述第三电极的电压和所述第一电极的电压的电压差与所述第三电极的电压和所述第二电极的电压的电压差之间的差值大于零。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测装置中，所述电压驱动单元包括：第一电压驱动子单元、第二电压驱动子单元以及第三电压驱动子单元；其中，
所述第一电压驱动子单元与所述第一电极电性连接，用于对所述第一电极施加电压；
所述第二电压驱动子单元与所述第二电极电性连接，用于对所述第二电极施加与所述第一电压的电压不同的电压；
所述第三电压驱动子单元与所述第三电极电性连接，用于对所述第三电极施加与所述第一电极的电压或所述第二电极的电压不同的电压；其中，所述第三电极的电压和所述第一电极的电压的电压差与所述第三电极的电压和所述第二电极的电压的电压差之间的差值大于零。
较佳地，在本发明实施例提供的上述光电探测装置中，所述第三电压驱动子单元具体用于对所述第三电极施加位于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压之间的电压；或，
对所述第三电极施加大于或等于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压中的最大电压；或，
对所述第三电极施加小于或等于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压中的最小电压。
本发明实施例提供的光电探测器及光电探测装置，通过在光感有源层背离第一电极和第二电极的一侧设置第三电极，可以通过对第三电极施加与第一电极的电压或第二电极的电压不同的电压，使第三电极至少与第一电极或第二电极中的一个电极之间产生电场，以使光电探测器中的总电场方向由原来的水平方向变化为其它方向，从而改变电子泄漏的通道，可以降低水平电场导致的暗电流，进而当光电探测器进行光探测产生光电流时，可以提高光电流与暗电流的对比度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光电探测器的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的光电探测器的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的第一电极和第二电极的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的光电探测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的光电探测器及光电探测装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各层薄膜厚度、大小和形状均不反映光电探测器的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种光电探测器，如图1和图2所示，包括：光感有源层100、位于光感有源层100一侧的相互绝缘且间隔设置的第一电极200和第二电极300，第一电极200和第二电极300分别与光感有源层100电连接，还包括：位于光感有源层100另一侧的第三电极400。
本发明实施例提供的上述光电探测器，通过在光感有源层背离第一电极和第二电极的一侧设置第三电极，可以通过对第三电极施加与第一电极的电压或第二电极的电压不同的电压，使第三电极至少与第一电极或第二电极中的一个电极之间产生电场，以使光电探测器中的总电场方向由原来的水平方向变化为其它方向，从而改变电子泄漏的通道，可以降低水平电场导致的暗电流，进而当光电探测器进行光探测产生光电流时，可以提高光电流与暗电流的对比度。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，如图2所示，第三电极400在光感有源层100上的正投影至少覆盖第一电极200和第二电极300在光感有源层100上的正投影。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，如图1所示，第三电极400完全覆盖光感有源层100的另一侧表面。
一般入射光进入到光感有源层中产生光生载流子，随着光在光感有源层中不断的向深处传播，光强变弱。现有中，为了使光感有源层充分吸收光，需要将光感有源层的膜层制作的较厚，这样可以使来自外部的光均被光感有源层吸收。但是随着光感有源层厚度的增加，导致光感有源层中光生载流子浓度分布在垂直于光感有源层的方向上的梯度变化明显，不利于光利用率。因此，为了降低光感有源层的厚度，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，第三电极400的材料为高反射性的不透明金属材料。
当第三电极400的材料为高反射性的不透明金属材料时，如图1所示，当入射光Q1入射到光感有源层时，通过在光感有源层100的另一侧设置具有高反射性的第三电极300，可以将透过光感有源层100的部分光进行反射，即反射光Q2，使光感有源层100将入射光Q1充分吸收，从而可以减低光感有源层的厚度并提高光利用率。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，不透明金属材料可以包括：银，铝、铜、钼或金中之一或组合，在此不作限定。
为了提高光感有源层与光的直接接触面积，增加光感有源层对光的吸收，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，如图3所示，第一电极200与第二电极300组成交叉指形电极。
为了进一步提高光感有源层对光的吸收，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，第一电极的材料为透明导电材料。
或者，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，第二电极的材料为透明导电材料。
较佳地，为了进一步提高光感有源层对光的吸收，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，如图1所示，第一电极200的材料为透明导电材料，且第二电极300的材料为透明导电材料。这样入射光Q1可以透过第一电极200和第二电极300进入光感有源层100中，从而可以进一步提高光感有源层100对光的吸收。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，在本发明实施例提供的上述阵列基板中，透明导电材料可以为具有高透过率的金属材料，例如纳米金、纳米银等；当然，透明导电材料也可以为氧化铟锡(ITO)材料、氧化铟锌(IZO)材料、碳纳米管或石墨烯中之一或组合，在此不作限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光电探测装置，如图4所示，包括：本发明实施例提供的上述任一种光电探测器以及分别与光电探测器中的第一电极200、第二电极300以及第三电极400电性连接的电压驱动单元500：
电压驱动单元500用于对第一电极200和第二电极300施加不同的电压，以及对第三电极400施加与第一电极200的电压V1或第二电极300的电压V3不同的电压V3；其中，第三电极400的电压V3和第一电极200的电压V1的电压差与第三电极400的电压V3和第二电极300的电压V2的电压差之间的差值大于零。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测装置中，电压驱动单元具体可以包括：第一电压驱动子单元、第二电压驱动子单元以及第三电压驱动子单元；其中，
第一电压驱动子单元与第一电极电性连接，用于对第一电极施加电压；
第二电压驱动子单元与第二电极电性连接，用于对第二电极施加与第一电压的电压不同的电压；
第三电压驱动子单元与第三电极电性连接，用于对第三电极施加与第一电极的电压或第二电极的电压不同的电压；其中，第三电极的电压和第一电极的电压的电压差与第三电极的电压和第二电极的电压的电压差之间的差值大于零。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测装置中，第三电压驱动子单元具体用于对第三电极施加位于第一电极的电压和第二电极的电压之间的电压；或，
对第三电极施加大于或等于第一电极的电压和第二电极的电压中的最大电压；或，
对第三电极施加小于或等于第一电极的电压和第二电极的电压中的最小电压。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测器中，第一电极被加载电压V1，第二电极被加载电压V2，第三电极被加载电压V3，当V1>V2时，则V1>V3>V2；或者，V3≥V1；或者，V3≤V2。
当V2>V1时，则V2>V3>V1；或者，V3≥V2；或者，V3≤V1。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光电探测装置中，如图4所示，以光感有源层100所在的平面为水平方向X，垂直于光感有源层所在平面的方向为垂直方向Y，以及V1>V3>V2为例。第一电极200与第二电极300之间具有由第一电极200指向第二电极300方向的水平电场E1，第一电极200与第三电极400之间具有由第一电极200指向第三电极400方向的垂直电场E2，第二电极300与第三电极400之间具有由第三电极400指向第二电极300方向的垂直电场E3，因此E1、E2、E3的方向均不同。并且由于V1和V3的电压差与V2和V3的电压差之间的差值大于零，因此E2和E3的大小也不同。因此E1、E2、E3进行叠加后的总电场方向与E1方向不同，从而使原来仅沿水平电场E1运动的电子，变化为沿E1、E2、E3进行叠加后的总电场方向上运动，因此可以降低从第一电极200流向第二电极300的电子，从而可以降低第一电极200与第二电极300之间的暗电流，进而在光电探测装置进行光探测时，可以提高光电流和暗电流的对比度。
本发明实施例提供的光电探测器及光电探测装置，通过在光感有源层背离第一电极和第二电极的一侧设置第三电极，可以通过对第三电极施加与第一电极的电压或第二电极的电压不同的电压，使第三电极至少与第一电极或第二电极中的一个电极之间产生电场，以使光电探测器中的总电场方向由原来的水平方向变化为其它方向，从而改变电子泄漏的通道，可以降低水平电场导致的暗电流，进而当光电探测器进行光探测产生光电流时，可以提高光电流与暗电流的对比度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种光电探测器，包括：光感有源层、位于所述光感有源层一侧的相互绝缘且间隔设置的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别与所述光感有源层电连接，其特征在于，还包括：位于所述光感有源层另一侧的第三电极；所述第三电极的材料为高反射性的不透明金属材料；
所述第一电极与所述第二电极组成交叉指形电极；所述第一电极与所述第二电极用于被施加不同的电压，所述第三电极用于被施加与所述第一电极的电压或所述第二电极的电压不同的电压。
2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第三电极在所述光感有源层上的正投影至少覆盖所述第一电极和所述第二电极在所述光感有源层上的正投影。
3.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述第三电极完全覆盖所述光感有源层的另一侧表面。
4.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述不透明金属材料包括：银、铝、铜、钼或金中之一或组合。
5.如权利要求1-3任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极的材料为透明导电材料；和/或，
所述第二电极的材料为透明导电材料。
6.如权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述透明导电材料为具有高透过率的金属材料。
7.一种光电探测装置，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的光电探测器以及分别与所述光电探测器中的第一电极、第二电极以及第三电极电性连接的电压驱动单元；
所述电压驱动单元用于对所述第一电极和所述第二电极施加不同的电压，以及对所述第三电极施加与所述第一电极的电压或所述第二电极的电压不同的电压；其中，所述第三电极的电压和所述第一电极的电压的电压差与所述第三电极的电压和所述第二电极的电压的电压差之间的差值大于零。
8.如权利要求7所述的光电探测装置，其特征在于，所述电压驱动单元包括：第一电压驱动子单元、第二电压驱动子单元以及第三电压驱动子单元；其中，
所述第一电压驱动子单元与所述第一电极电性连接，用于对所述第一电极施加电压；
所述第二电压驱动子单元与所述第二电极电性连接，用于对所述第二电极施加与所述第一电压的电压不同的电压；
所述第三电压驱动子单元与所述第三电极电性连接，用于对所述第三电极施加与所述第一电极的电压或所述第二电极的电压不同的电压；其中，所述第三电极的电压和所述第一电极的电压的电压差与所述第三电极的电压和所述第二电极的电压的电压差之间的差值大于零。
9.如权利要求8所述的光电探测装置，其特征在于，所述第三电压驱动子单元具体用于对所述第三电极施加位于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压之间的电压；或，
对所述第三电极施加大于或等于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压中的最大电压；或，
对所述第三电极施加小于或等于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压中的最小电压。
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