CN107275484A - 一种近红外探测器及其制备方法 - Google Patents

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潘革波
吴浩迪
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Abstract

本发明涉及一种近红外探测器，从下至上依次包括：基底、底电极层、红外感光层、顶电极层；所述底电极层与所述红外感光层之间还设有电子阻挡层；所述红外感光层包括上下设置的第一杂化层和第二杂化层；所述第一杂化层包括红外感光量子点和n型半导体材料、所述第二杂化层包括红外感光量子点和P型半导体材料。本发明获得的近红外探测器可在室温工作，其吸收面积大、量子效率高，且是基于柔性基底的，克服了传统光电导型红外探测器体积大、成本高、低温工作的难题。

Description

一种近红外探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，尤其是一种近红外探测器。
背景技术
现有的红外探测器主要是制冷型，其主要使用无机半导体材料，虽然其探测率极高，但其探测机制决定了要用杜瓦瓶等制冷装置提供液氮温度，以抑制在室温下因探测器材料产生激发而引起的过大暗电流和噪声。这导致了制冷型红外探测器成本高、体积大的问题，无法深入民用领域。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种近红外探测器，从下至上依次包括：基底、底电极层、红外感光层、顶电极层；
所述底电极层与所述红外感光层之间还设有电子阻挡层；
所述红外感光层包括上下设置的第一杂化层和第二杂化层；所述第一杂化层包括红外感光量子点和n型半导体材料、所述第二杂化层包括红外感光量子点和P型半导体材料。
进一步地，所述n型半导体材料与所述P型半导体材料分别与红外感光量子点的质量比为1:9～2:5。
进一步地，所述电子阻挡层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸,聚3-己基噻吩，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚(2—甲氧基,5(2'—乙基己氧基)—1,4—苯撑乙烯撑)中的任一种。
进一步地，所述红外感光量子点为硫化铅、硫化硒、硫化镉中的任一种。
进一步地，所述n型聚合物半导体为聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基对苯二亚甲基)、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯，1',1”,4',4”-四氢二[1,4]甲桥萘并[1,2:2',3'；56,60:2”,3”][5,6]富勒烯-C60-IH中一种。
进一步地，所述P型聚合物半导体为聚(2—甲氧基,5(2'—乙基己氧基)—1,4—苯撑乙烯撑)、聚[2-甲氧基,5-(3′,7′二甲基-辛氧基)]-对苯撑乙撑、聚3-己基噻吩中一种。
进一步地，所述第一杂化层和/或第二杂化层的厚度范围在50～500nm。
进一步地，所述红外感光量子点的直径范围在1nm～100nm。
本发明还提供这种近红外探测器的制备方法，包括如下步骤：
在覆盖有底电极层的基底上形成电子阻挡层材料；
在所述电子阻挡层上制备红外感光层：先在所述电子阻挡层上涂布红外感光量子点和p型半导体材料形成第一杂化层；然后在所述第一杂化层上涂布红外感光量子点和n型半导体材料形成第二杂化层；
最后在所述第二杂化层上形成顶电极层。
进一步地，所述电子阻挡层、第一杂化层和第二杂化层的制备步骤中均需要在150～200℃的烘干工序。
有益效果：
与现有技术相比，本申请提供的近红外探测器通过在红外感光层的第一杂化层和第二杂化层中分别设置n型、p型半导体材料，使得探测器工作时该红外感光层中形成的pn结处于反向状态，以抑制暗电流的产生，同时通过采用红外感光量子点材料，使得近红外探测器在室温下也可正常工作，其吸收面积大、量子效率高，且是基于柔性基底的，克服了传统光电导型红外探测器体积大、成本高、低温工作的难题。
附图说明
图1为本发明实施例1近红外探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面，将结合附图对本发明各实施例作详细介绍。
实施例1
步骤Ⅰ：将覆有氧化铟锡(ITO)作为底电极层5的基底6先后用水和乙醇清洗，然后再用氧等离子处理。其中，本实施例中的基底为柔性基底，材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
然后在底电极层5表面利用旋涂甩膜的方法制备电子阻挡层4，材质为聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)薄膜4，设定的转速为低速800转/分，高速3000转/分，旋转时间30秒，并在150℃保持20分钟烘干，形成的PEDOT:PSS薄膜厚度约为100nm。
步骤Ⅱ：配置量子点PbS和p型聚合物半导体聚(2—甲氧基,5(2'—乙基己氧基)—1,4—苯撑乙烯撑)(MEH-PPV)的氯苯混合溶液。其量子点PbS和P3HT的重量比例为9:1。量子点PbS的直径范围50nm～100nm。把它们共同溶于氯苯溶液，并用刮刀涂布的方法在PEDOT:PSS薄膜4表面形成厚度100nm～150nm厚度的杂化层3。然后真空150℃烘干半小时。
步骤Ⅲ：配置量子点PbS和n型聚合物半导体聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基对苯二亚甲基)(BBL)的氯仿混合溶液。其量子点PbS和BBL的重量比例为9:1。量子点PbS的直径范围1nm～100nm。把它们共同溶于氯仿溶液，并用刮刀涂布的方法在杂化层3表面形成厚度100nm～150nm的杂化层2。然后真空150℃烘干半小时。
步骤Ⅳ：通过掩膜版热蒸镀一层金属铝1，作为顶电极，其厚度约为100nm，此时获得目标产品。
本实施例获得的近红外探测器在室温下表现出良好的红外光响应性能，且稳定性好，其探测率可以达到1*1013琼斯。采用有机半导体的近红外探测器，跟无机半导体相比都具有低成本、柔性、可大面积化的优势。
实施例2
本实施例与实施例1相比不同之处在于：
步骤Ⅱ：配置量子点PbS和p型聚合物半导体聚3-己基噻吩(P3HT)的氯苯混合溶液。其量子点PbS和P3HT的重量比例为9:1。把它们共同溶于氯苯溶液，并用刮刀涂布的方法在PEDOT:PSS薄膜4表面形成厚度100nm～150nm厚度的杂化层3。然后真空150℃烘干半小时。
步骤Ⅲ：配置量子点PbS和n型聚合物半导体PCBM的氯仿混合溶液。其量子点PbS和BBL的重量比例为9:1。把它们共同溶于氯仿溶液，并用刮刀涂布的方法在杂化层3表面形成厚度100nm-150nm的杂化层2。然后真空200℃烘干半小时。
本实施例获得的近红外探测器在室温下表现出良好的红外光响应性能，且稳定性好，其探测率可以达到2*1012琼斯。
实施例3
本实施例与实施例1相比不同之处在于：
步骤Ⅱ：配置量子点PbS和p型聚合物半导体MEH-PPV的氯苯混合溶液。其量子点PbS和P3HT的重量比例为9:1。把它们共同溶于氯苯溶液，并用刮刀涂布的方法在PEDOT:PSS薄膜4表面形成厚度200nm～300nm厚度的杂化层3。然后真空150℃烘干半小时。
步骤Ⅲ：配置量子点PbS和n型聚合物半导体BBL的氯仿混合溶液。其量子点PbS和BBL的重量比例为9:1。把它们共同溶于氯仿溶液，并用刮刀涂布的方法在杂化层3表面形成厚度200nm～300nm的杂化层2。然后真空150℃烘干半小时。
本实施例获得的近红外探测器在室温下表现出良好的红外光响应性能，且稳定性好，其探测率可以达到4*1012琼斯。
综上所述，使用量子点PbS和p型聚合物半导体P3HT杂化层以及PbS和n型聚合物半导体BBL杂化层时性能较佳，其能级匹配较好，有利于载流子的注入和分离。当杂化厚度为100nm～150nm时性能也较佳，增加厚度会导致载流子输运距离增加，导致性能降低。
当然，红外感光量子点还可以是SeS,CdS等硫化物；n型聚合物半导体还可以选自[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)，1',1”,4',4”-四氢二[1,4]甲桥萘并[1,2:2',3'；56,60:2”,3”][5,6]富勒烯-C60-IH(ICBA)，均可以达到本发明目的。
以上实施例均是本发明的较佳实施例，并不是用来限定本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，上述实施例的基础上作出的简单的替换均属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种近红外探测器，其特征在于，从下至上依次包括：基底、底电极层、红外感光层、顶电极层；
所述底电极层与所述红外感光层之间还设有电子阻挡层；
所述红外感光层包括上下设置的第一杂化层和第二杂化层；所述第一杂化层包括红外感光量子点和n型半导体材料、所述第二杂化层包括红外感光量子点和p型半导体材料。
2.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述n型半导体材料与所述p型半导体材料分别与红外感光量子点的质量比为1:9～2:5。
3.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述电子阻挡层为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸),聚3-己基噻吩，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚(2—甲氧基,5(2'—乙基己氧基)—1,4—苯撑乙烯撑)中的任一种。
4.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述红外感光量子点为硫化铅、硫化硒、硫化镉中的任一种。
5.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述n型聚合物半导体为聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基对苯二亚甲基)、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯，1',1”,4',4”-四氢二[1,4]甲桥萘并[1,2:2',3'；56,60:2”,3”][5,6]富勒烯-C60-IH中一种。
6.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述p型聚合物半导体为聚(2—甲氧基,5(2'—乙基己氧基)—1,4—苯撑乙烯撑)、聚[2-甲氧基,5-(3′,7′二甲基-辛氧基)]-对苯撑乙撑、聚3-己基噻吩中一种。
7.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述第一杂化层和/或第二杂化层的厚度范围在50～500nm。
8.根据权利要求1所述近红外探测器，其特征在于，所述红外感光量子点的直径范围在1nm～100nm。
9.一种如权利要求1～8任一项所述近红外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在覆盖有底电极层的基底上形成电子阻挡层材料；
在所述电子阻挡层上制备红外感光层：先在所述电子阻挡层上涂布红外感光量子点和P型半导体材料形成第一杂化层；然后在所述第一杂化层上涂布红外感光量子点和n型半导体材料形成第二杂化层；
最后在所述第二杂化层上形成顶电极层。
10.根据权利要求9所述近红外探测器的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层、第一杂化层和第二杂化层的制备步骤中均需要在150～200℃烘干工序。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109638113A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 军事科学院系统工程研究院后勤科学与技术研究所 一种基于读出电路的红外焦平面阵列的制备方法
CN114284436A (zh) * 2021-12-21 2022-04-05 广州光达创新科技有限公司 一种有机无机杂化的短波红外光电探测器及其所构成的阵列，以及相关制备方法
CN114702960A (zh) * 2022-02-28 2022-07-05 北京理工大学 红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101558348A (zh) * 2006-09-29 2009-10-14 佛罗里达大学研究基金公司 用于红外检测和显示的方法和设备
CN102110736A (zh) * 2010-11-09 2011-06-29 北京理工大学 一种基于胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法
US20140225063A1 (en) * 2009-09-29 2014-08-14 Research Triangle Institute Quantum dot-fullerene junction based photodetectors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101558348A (zh) * 2006-09-29 2009-10-14 佛罗里达大学研究基金公司 用于红外检测和显示的方法和设备
US20140225063A1 (en) * 2009-09-29 2014-08-14 Research Triangle Institute Quantum dot-fullerene junction based photodetectors
CN102110736A (zh) * 2010-11-09 2011-06-29 北京理工大学 一种基于胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109638113A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 军事科学院系统工程研究院后勤科学与技术研究所 一种基于读出电路的红外焦平面阵列的制备方法
CN114284436A (zh) * 2021-12-21 2022-04-05 广州光达创新科技有限公司 一种有机无机杂化的短波红外光电探测器及其所构成的阵列，以及相关制备方法
CN114702960A (zh) * 2022-02-28 2022-07-05 北京理工大学 红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法
CN114702960B (zh) * 2022-02-28 2022-12-27 北京理工大学 红外量子点层及其制备方法、红外探测器及其制备方法

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