CN110085700A - 一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电响应探测技术领域，具体涉及一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元。包括依次衬底、功能层、左电极、量子点、右电极，功能层位于衬底之上，功能层两侧分别为左电极和右电极，量子点分布于功能层之上，衬底为绝缘体或者为有较厚绝缘镀层的半导体，功能层为单层或多层的二维层状铁电材料，量子点为金属或者二维半导体材料纳米片。本发明能够有效提高现有技术中光电响应二维探测器单元在光/暗条件下的电流比值，并能根据需要有效调控响应时间，该类器件可以应用于柔性电子中，制备简单，易于实现微型化应用。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元。
背景技术
光电探测器是一种能够将光信号转变为电信号的器件，新型二维光电探测器是其中一类基于新型二维层状范德华材料的柔性或非柔性器件，它们在新型光通讯、光成像、环境监测、导弹监测和远程操作等领域具有非常大的应用前景。一般来说，光电探测器的性能强烈地受功能层材料的影响，应使用具有较小禁带宽度的半导体材料来充当功能层，同时，还要充分考虑光电探测器的开态响应、关态响应时间，为避免出现数据传输、成像、监测等方面错误，应尽可能提高探测器的开/关态电流比值。
近几年出现的新型二维层状材料为光电探测器的发展注入了新的活力。二维层状半导体材料具有更好的光电性能，并且通过表面改性可调控光电响应时间、开/关态电流比值，使得更适应现实科技发展的需要。在众多的二维层状材料中，二维层状铁电材料在具有较低的禁带宽度同时又具有一定的铁电极化性能，特别是某些二维层状铁电材料同时具有面内极化和面外极化，并且面内极化和面外极化的翻转是联动的，即面内极化在翻转的同时会引起面外极化的翻转。针对这一类二维层状铁电材料，许多科研工作者对其光电响应性能进行了探索，发现性能研究的结果相差很大，响应时间从几微秒到几百微秒不等，而开/关态电流比值只有几到几十。鲜见研究者对这些二维铁电材料中的铁电极化对光电响应的调控进行研究。研发新型二维层状铁电材料基光电探测器并提高其性能，对发展新型光电探测器具有重大意义。
发明内容
本发明提供一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，利用铁电极化和量子点来实现高的光电响应调控，在调控其响应时间的同时，能够极大地提高其开/关态电流比值，避免其应用于传输、成像、监测等方面时出现错误。由于所材料的二维层状铁电材料具有柔性功能，因此其不仅在硬质器件中具有广泛的应用前景，在柔性、全透明的器件应用方面也具有广泛的应用前景。
本发明提供了一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，依次包括衬底、功能层、左电极、量子点、右电极，其特征在于，所述功能层位于衬底之上，所述功能层两侧分别为左电极和右电极，所述量子点分布于功能层之上。
所述衬底为绝缘体或者为有较厚绝缘镀层的半导体，可以是石英衬底、氧化铝衬底、氧化硅包覆硅衬底、云母片、PET、氧化铪包覆硅衬底中的一种或者几种材料构成的复合材料。
作为本发明的优选方式，所述功能层厚度为1nm-200nm，且横向二维面尺寸应大于厚度尺寸，可以是In2Se3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2S3、In2Te3中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料，或者为掺Co、Fe、Mn等元素的In2Se3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2S3、In2Te3中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料。
所述的量子点为金属或者二维半导体材料纳米片，其平面尺寸应远小于功能层的平面尺寸，可以是金、银、Pt、铜、铝及其合金，也可以是MoS2、SnS、GeS2、WS2、GaS2、CdS2、石墨烯中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状半导体材料。
作为本发明的优选方式，单个量子点最大平面尺寸与功能层平面尺寸比值应小于等于0.1，量子点覆盖功能层的平面面积应小于等于30%。
所述功能层同时存储面内铁电极化和面外铁电极化，在左电极和右电极间施加面内电场使面内极化方向翻转时，会引起功能层面外极化方向的改变。
本发明的有益效果在于：对光电探测器结构进行设计，在采用二维层状铁电材料充当功能层的同时，在功能层表面添加纳米量子点，实现了铁电材料的极化性能与量子点共同调控光电响应的效果。在探测器单元制备的过程中，由于纳米量子点的存在使得功能层极易呈现出铁电单畴的现象。畴是铁电材料内部极化取向一致的区域，单畴是指铁电材料内部整体极化方向趋于一致。铁电单畴的形成对于提高该探测器单元的光电响应开/关态电流比值具有积极作用。通过在左右电极间施加面内电场，同样可以实现功能层极化的调控获得单畴结构，也可以通过该方法改变面内、面外极化的方向。通过控制量子点的数量以及分布，能够有效调控探测器的开态、关态响应时间，同时进一步提高开/关态电流比值。具体实现过程中表现为在外界环境由暗变亮时，功能层中产生的光生电子会首先聚集到量子点中，当量子点中的电子饱和以后，施加在左右电极间的电压才会产生较高的电流；相反地，当外界环境由亮变为暗时，光生电子突然消失，然而由于量子点中储存了多余的电子，因此电路中的电流并不会立即消失，延缓了关态响应时间。本发明所提出的此类光电探测器，在调控其响应时间的同时，能够极大地提高其开/关态电流比值，避免其应用于传输、成像、监测等方面时出现错误。在电路传感以及需要电路响应延迟及电路保护的环境中具有广泛的应用前景。由于所使用的二维层状铁电材料具有柔性功能，因此其不仅在硬质器件中具有广泛的应用前景，在柔性、全透明的器件应用方面也具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的截面结构示意图。
图2为本发明实施例的平面结构示意图。
图3为本发明实施例的应用时电路的连接方式示意图。
图4为实施例1的测试的I-V图，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。
图5为实施例1的测试的I-t图，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。
图6为类似实施例1中结构，无量子点的器件单元在未使功能层极化时，即功能层为非单畴时测试的I-V图，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。
图7为类似实施例1中结构，无量子点的器件单元在未使功能层极化时，即功能层为非单畴时测试的I-t图，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。
图8为类似实施例1中结构，无量子点器件单元但使功能层极化时，即功能层近似为单畴时测试的I-V图，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。
图9为类似实施例1中结构，无量子点器件单元但使功能层极化时，即功能层为近似为单畴时测试的I-t图，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。
其中，1为衬底，2为功能层，3为左电极，4为量子点，5为右电极。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例公开了一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，依次包括衬底1，功能层2，左电极3，量子点4，右电极5，其特征在于，所述功能层2位于衬底1上，所述功能层2两侧分别为左电极3和右电极5，所述量子点4分布在功能层2上。
衬底1为绝缘体或者为有较厚绝缘镀层的半导体，可以是石英衬底、氧化铝衬底、氧化硅包覆硅衬底、云母片、PET、氧化铪包覆硅衬底中的一种或者几种材料构成的复合材料。
功能层2的厚度为1nm-200nm，且横向二维面尺寸应大于厚度尺寸，可以是In2Se3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2S3、In2Te3中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料，或者为掺Co、Fe、Mn等元素的In2Se3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2S3、In2Te3中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料。
将功能层2的厚度范围控制在1nm-200nm范围内，是为降低功能层2的纵向厚度，同时便于通过左电极3和右电极5之间面内电场来调控功能层2的极化状态。
量子点4为金属或者二维半导体材料纳米片，其平面最大尺寸应远小于功能层2的最大平面尺寸，比值应小于等于0.1，可以是金、银、Pt、铜、铝及其合金，也可以是MoS2、SnS、GeS2、WS2、GaS2、CdS2、石墨烯中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状半导体材料。
将量子点4的平面最大尺寸与功能层2的最大平面尺寸控制在0.1以下，是为减小量子点对功能层的遮盖，提高功能层2对光的吸收比例，以免影响性能。
功能层2同时存在面内铁电极化和面外铁电极化，功能层2在左电极3和右电极4间施加面内电场使面内极化方向翻转时，会引起功能层2面外极化方向的改变。
量子点的形状为圆形或者方形，可以为不规则形状。最终结构截面示意图见图1，平面示意图见2，测试时的电路连接图见图3所示。
以衬底为包覆300nm SiO2的Si衬底、功能层为20nm厚的α-In2Se3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Pt电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元为实施例1，其实现的主要流程为：
a) 将300nm-SiO2/Si衬底上清洗干净并干燥。
b) 使用机械剥离或者腐蚀转移的方法，将20nm厚的α-In2Se3转移到300nm-SiO2/Si衬底上。
c) 利用磁控溅射法，使用掩膜板在α-In2Se3镀左电极、右电极；或者在α-In2Se3镀Pt电极以后，使用刻蚀方法，形成左电极、右电极，左右电极间的间距为50μm左右。
d) 利用磁控溅射法，使用掩膜板在α-In2Se3镀左Pt量子点；或者在α-In2Se3上镀Pt电极以后，使用刻蚀方法，形成Pt量子点，Pt量子点的平面尺寸约为200nm，厚度约为30nm，形状为圆形或者方形，可以为不规则形状，Pt量子点覆盖功能层的面积比例约为10%。
为进一步说明实施例1中器件单元的功能特点，下面根据器件单元的性能测试结果对其性能特点进行进一步的阐述。实施例1中器件单元在制备完成以后，α-In2Se3呈现单畴结构，采用光功率密度为太阳光30%的太阳光模拟器进行测试，当器件单元所在环境由暗变亮时，功能层α-In2Se3中的产生的大量光生电子会首先聚集到Pt量子点中，当Pt量子点中的电子饱和以后，器件单元整体功能层和量子点中的载流子浓度达到最大，那么施加在左右电极间的很小的电压就会产生较高的电流；相反地，当器件单元所在环境由亮变为暗时，由于没有光入射功能层α-In2Se3中，将没有新的光生电子产生，但是由于Pt量子点中储存了多余的电子，因此电路中的电流并不会立即消失，而是电流逐渐降低，延缓了关态响应时间。实际器件测试的I-V结果见图4所示，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。实际器件测试的I-t结果见图5所示为在左右电极间加1V的电压时，改变器件单元所处的光照条件，光/暗条件间隔下测试得到的结果，同样高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试。实施例1中器件单元的开态响应时间为122ms，关态响应时间为58.6ms.
为对比极化和量子点对该器件单元光电性能的调控作用，以衬底为包覆300nm SiO2的Si衬底、功能层为20nm厚的α-In2Se3纳米片，无量子点，左电极、右电极均为Pt电极的一种普通光电响应探测器单元为对比例。在对比器件未形成单畴结构时的，对其光电响应特性进行测试，图5为I-V测试结果，图6为I-t测试结果，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试，此时开态响应时间为44.5ms，关态响应时间为54.2ms。另外，在左右电极间施加高电压极化α-In2Se3纳米片使其呈现单畴结构后的I-V测试结果见图7，I-t测试结果见图8，其中高电流为30%太阳光功率密度下测试，低电流状态为暗条件下测试，此时开态响应时间为46.5ms，关态响应时间为23.9ms。
比较实施例1和对比例，可以发现由于Pt量子点的存在，实施例1中的器件单元在制备完成以后即呈现出单畴结构，同时其开关比约在2×109%。铁电极化能够有效的改变器件的响应时间，而Pt量子点的存在极大地提高了其开关比。
实施例2
以衬底为包覆300nm SiO2的Si衬底、功能层为20nm厚的α-In2Se3纳米片，量子点为金属Au，左电极、右电极均为Pt电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例1 相同，不同之处为量子点为Au。
实施例3
以衬底为包覆300nm SiO2的Si衬底、功能层为100nm厚的α-In2Se3纳米片，量子点为金属Au，左电极、右电极均为Pt电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例2 相同，不同之处为功能层为100nm厚的α-In2Se3纳米片。
实施例4
以衬底为Mica、功能层为100nm厚的α-In2Se3纳米片，量子点为金属Au，左电极、右电极均为Pt电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例3 相同，不同之处为衬底为Mica。
实施例5
以衬底为Mica、功能层为20nm厚的α-In2Se3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例1 相同，不同之处为衬底为Mica。
实施例6
以衬底为石英、功能层为20nm厚的α-In2Se3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例1 相同，不同之处为衬底为石英。
实施例7
以衬底为石英、功能层为20nm厚的Al2S3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例6相同，不同之处为功能层为20nm厚的Al2S3纳米片。
实施例8
以衬底为石英、功能层为20nm厚的Al2Se3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例6相同，不同之处为功能层为20nm厚的Al2Se3纳米片。
实施例9
以衬底为石英、功能层为20nm厚的Al2Te3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例6相同，不同之处为功能层为20nm厚的Al2Te3纳米片。
实施例10
以衬底为石英、功能层为20nm厚的In2Te3纳米片，量子点为金属Pt，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例6相同，不同之处为功能层为20nm厚的In2Te3纳米片。
实施例11
以衬底为石英、功能层为20nm厚的In2Te3纳米片，量子点为MoS2，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例10相同，不同之处为量子点为MoS2。
实施例12
以衬底为石英、功能层为2nm厚的In2Te3纳米片，量子点为MoS2，左电极、右电极均为Au电极的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，实现的主要流程与实施例11相同，不同之处为功能层为2nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，依次包括衬底、功能层、左电极、量子点、右电极，其特征在于，所述功能层位于衬底之上，所述功能层两侧分别为左电极和右电极，所述量子点分布于功能层之上。
2.根据权利要求1所述的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，其特征在于，所述衬底为绝缘体或者为有较厚绝缘镀层的半导体，可以是石英衬底、氧化铝衬底、氧化硅包覆硅衬底、云母片、PET、氧化铪包覆硅衬底中的一种或者几种材料构成的复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，其特征在于，所述功能层厚度为1nm-200nm，且横向二维面尺寸应大于厚度尺寸，可以是In2Se3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2S3、In2Te3中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料，或者为掺Co、Fe、Mn等元素的In2Se3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2S3、In2Te3中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料。
4.根据权利要求1所述的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元，其特征在于，所述的量子点为金属纳米点或者二维半导体材料纳米片，其平面尺寸应远小于功能层的平面尺寸，单个量子点最大平面尺寸与功能层平面尺寸比值应小于等于0.1，量子点覆盖功能层的平面面积应小于等于30%，可以是金、银、Pt、铜、铝及其合金，也可以是MoS2、SnS、GeS2、WS2、GaS2、CdS2、石墨烯中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状半导体材料。
5.根据权利要求3所述的一种极化与量子点共调控的高光电响应探测器单元的功能层，其特征在于，所述功能层同时存在面内铁电极化和面外铁电极化，所述功能层在左电极和右电极间施加面内电场使面内极化方向翻转时，会引起功能层面外极化方向的改变。
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|---|---|---|---|---|
| CN112071940A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-12-11 | 西安交通大学 | 一种基于透明电极的α-硒化铟二维光电探测器 |
| CN113284975A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种异质结中长波红外探测器及其制备方法 |
| CN113410320A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-17 | 常熟理工学院 | 一种宽光谱响应光电探测器及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450018A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-02-22 | Tcl集团股份有限公司 | Qled及其制备方法 |
| CN108281554A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-13 | 电子科技大学 | 一种量子点结构光电探测器及其制备方法 |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106450018A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-02-22 | Tcl集团股份有限公司 | Qled及其制备方法 |
| CN108281554A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-13 | 电子科技大学 | 一种量子点结构光电探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| RAJESH KUMAR ULAGANATHAN等: "Hybrid InSe Nanosheets and MoS2 Quantum Dots for High-Performance Broadband Photodetectors and Photovoltaic Cells", 《ADVANCED MATERIAL INTERFACES》 * |
| 吴广健等: "铁电调控下的可见到红外In2Se3光电探测器", 《2016年红外、遥感技术与应用研讨会暨交叉学科论坛文集》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112071940A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-12-11 | 西安交通大学 | 一种基于透明电极的α-硒化铟二维光电探测器 |
| CN113410320A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-17 | 常熟理工学院 | 一种宽光谱响应光电探测器及其制备方法 |
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