CN110364627A - 量子点光电探测器以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种量子点光电探测器以及制备方法，包括：基底；形成在所述基底上的阳极；形成在所述阳极上的空穴传输层；形成在所述空穴传输层上的电子阻挡层；形成在所述电子阻挡层上的量子点有源层；形成在所述量子点有源层上的空穴阻挡层；形成在所述空穴阻挡层上的电子传输层；形成在所述电子传输层上的阴极。本发明实施例提供的技术方案，通过空穴阻挡层阻挡阴极的注入空穴从阴极向量子点有源层传输，电子阻挡层阻挡阳极的注入电子从阳极向量子点有源层传输，减小了暗电流，从而增强了光电探测器的光电性能。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电子显示技术领域，尤其涉及一种量子点光电探测器以及制备方法。
背景技术
光电探测器是目前光电信息产业中重要的光电子元器件，常常被用于传感、探测和成像等领域。目前传统的光电探测器材料如Si，Ge和InGaAs等存在制备工艺复杂，成本高，不可柔性化等缺点，研究人员已经开始利用量子点材料制备高性能的光电探测器，其性能可以超过目前市面上传统光电探测器一个数量级以上。
量子点是一种新型纳米光电材料，由于其粒径尺寸为几到几十纳米，小于材料自身的波尔半径，所以电子在量子点内部运动时会受到三维尺寸上的限域效果，使得其具有了吸收光谱可以调节，更高的吸光系数等优点。同时量子点还可以用溶液法制备器件，大大简化了工艺要求和制备成本，未来应用前景广阔。
目前制备的量子点光电探测器，由于器件结构简单会导致在工作的过程中具有大的暗电流，影响到器件的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种量子点光电探测器以及制备方法，以解决现有技术中量子点光电探测器在工作的过程中具有大的暗电流的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种量子点光电探测器，包括：
基底；
形成在所述基底上的阳极；
形成在所述阳极上的空穴传输层；
形成在所述空穴传输层上的电子阻挡层；
形成在所述电子阻挡层上的量子点有源层；
形成在所述量子点有源层上的空穴阻挡层；
形成在所述空穴阻挡层上的电子传输层；
形成在所述电子传输层上的阴极。
可选的，所述电子阻挡层的导带所在的能级与所述量子点有源层的导带所在的能级的差值大于或等于1.5电子伏特。
可选的，所述量子点有源层的价带所在的能级与所述空穴阻挡层的价带所在的能级的差值大于或等于1.5电子伏特。
可选的，所述量子点有源层包括硫化铅量子点有源层、硒化铅量子点有源层以及碲化铅量子点有源层中的任一一种。
可选的，所述电子阻挡层包括聚(9-乙烯基咔唑)电子阻挡层、4，4'-双(N-咔唑)-1，1'-联苯电子阻挡层以及N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二(苯基)联苯胺电子阻挡层中的任一一种。
可选的，所述空穴阻挡层包括氧化锌空穴阻挡层、氧化钛空穴阻挡层、氧化镁空穴阻挡层以及硫化锌空穴阻挡层中的任一一种。
可选的，还包括形成在所述阴极上的薄膜封装层。
第二方面，本发明实施例提供了一种量子点光电探测器的制备方法，包括：
提供基底；
在所述基底上形成阳极；
在所述阳极上形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上形成电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上形成量子点有源层；
在所述量子点有源层上形成空穴阻挡层；
在所述空穴阻挡层上形成电子传输层；
在所述电子传输层上形成阴极。
可选的，在所述电子阻挡层上形成量子点有源层具体包括：
采用溶液旋涂法在所述电子阻挡层上旋涂量子点有源层。
可选的，所述在所述电子传输层上形成阴极具体包括：
通过蒸镀工艺在所述电子传输层上形成阴极。
本发明实施例提供的量子点光电探测器以及制备方法，制备的量子点光电探测器中的量子点有源层在光的照射下，产生光生载流子，量子点光电探测器在外加电场的作用下，量子点有源层产生的光生载流子被收集形成光电流。与此同时，阳极的注入电子从阳极向量子点有源层传输，阴极的注入空穴从阴极向量子点有源层传输，这一过程中注入的电子和空穴的运动产生的是暗电流。空穴阻挡层阻挡阴极的注入空穴从阴极向量子点有源层传输，电子阻挡层阻挡阳极的注入电子从阳极向量子点有源层传输，减小了暗电流，从而增强了光电探测器的光电性能，以解决现有技术中量子点光电探测器在工作的过程中具有大的暗电流的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种量子点光电探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种量子点光电探测器的器件原理图；
图3为本发明实施例一提供的有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器和无PVK电子阻挡层的量子点光电探测器，在无光照和有光照条件下的伏案特性曲线；
图4为本发明实施例一提供的又一种量子点光电探测器的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种量子点光电探测器的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本发明实施例提供了一种量子点光电探测器的结构示意图，如图1所示，该量子点光电探测器包括：基底1；形成在基底1上的阳极2；形成在阳极2上的空穴传输层3；形成在空穴传输层3上的电子阻挡层4；形成在电子阻挡层4上的量子点有源层5；形成在量子点有源层5上的空穴阻挡层6；形成在空穴阻挡层6上的电子传输层7；形成在电子传输层7上的阴极8。
在本实施例中，量子点光电探测器的作用是把光学信号转化为电学信号，相当于一种能量信号的转换器。其中，量子点有源层5在光的照射下，产生光生载流子，量子点光电探测器的阳极2施加负电压，阴极8施加正电压，在外加电场的作用下，量子点有源层5产生的光生载流子被收集形成光电流。其中光生电子由量子点有源层5传输到阴极8，光生空穴由量子点有源层5传输到阳极2，这一过程，产生的是光电流，光生载流子越多，光电流越大，光电探测器的光电性能越好。与此同时，阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，这一过程中注入的电子和空穴的运动产生的是暗电流，暗电流的电流方向与光电流的方向相反，暗电流越小，光电探测器的光电性能越好。
目前制备的量子点光电探测器，由于器件结构简单会导致在工作的过程中具有大的暗电流，影响到器件的使用。
然而，本实施例中的空穴阻挡层6阻挡阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，电子阻挡层4阻挡阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，减小了暗电流，从而增强了光电探测器的光电性能。
可选的，阳极2示例性的可以选用具有良好透射率的氧化铟锡(Indium TinOxides，ITO)导电玻璃。阴极可以采用较高功函数的金属，例如银和铝。空穴传输层3可以为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐空穴传输层。其中，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸英(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrenesulfonate)，PEDOT/PSS)空穴传输层起到传输空穴的作用。
本发明实施例提供了一种量子点光电探测器，量子点有源层5在光的照射下，产生光生载流子，量子点光电探测器的阳极2施加负电压，阴极8施加正电压，在外加电场的作用下，量子点有源层5产生的光生载流子被收集形成光电流。与此同时，阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，这一过程中注入的电子和空穴的运动产生的是暗电流。空穴阻挡层6阻挡阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，电子阻挡层4阻挡阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，减小了暗电流，从而增强了光电探测器的光电性能，以解决现有技术中量子点光电探测器在工作的过程中具有大的暗电流的技术问题。可选的，在上述技术方案的基础上，电子阻挡层4的导带所在的能级与量子点有源层5的导带所在的能级的差值大于或等于1.5电子伏特，起到的作用是形成能量势垒，阻挡阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输。
可选的，在上述技术方案的基础上，量子点有源层5的价带所在的能级与空穴阻挡层6的价带所在的能级的差值大于或等于1.5电子伏特，起到的作用是形成能量势垒，阻挡阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输。
可选的，在上述技术方案的基础上，量子点有源层5包括硫化铅量子点有源层、硒化铅量子点有源层以及碲化铅量子点有源层中的任一一种。
可选的，在上述技术方案的基础上，可以选用EDT对量子点有源层5进行基团交换和表面钝化的处理，来进一步减小暗电流。
可选的，在上述技术方案的基础上，电子阻挡层包括聚(9-乙烯基咔唑)电子阻挡层、4，4'-双(N-咔唑)-1，1'-联苯电子阻挡层以及N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二(苯基)联苯胺电子阻挡层中的任一一种。除了聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)电子阻挡层、4，4'-双(N-咔唑)-1，1'-联苯(CBP)电子阻挡层以及N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二(苯基)联苯胺(NPB)电子阻挡层，还可以选取TFB电子阻挡层以及Poly-TPD电子阻挡层中的任一一种，电子阻挡层起到阻挡阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，减小暗电流，从而增强光电探测器的光电性能的作用。
可选的，在上述技术方案的基础上，空穴阻挡层包括氧化锌空穴阻挡层、氧化钛空穴阻挡层、氧化镁空穴阻挡层以及硫化锌空穴阻挡层中的任一一种，起到阻挡阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，减小暗电流，从而增强光电探测器的光电性能的作用。
示例性的，参见图2所示，量子点有源层5选用经过EDT处理的硫化铅(PbS)量子点有源层，其价带所在的能级为-5.1电子伏特(eV)，导带所在的能级为-3.9电子伏特(eV)；氧化锌(ZnO)空穴阻挡层6的价带所在的能级为-7.6电子伏特(eV)，导带所在的能级为-4.2电子伏特(eV)；PVK电子阻挡层4其价带所在的能级为-5.4电子伏特(eV)，导带所在的能级为-2.0电子伏特(eV)；ITO阳极2的导带所在的能级为-4.7电子伏特(eV)；PEDOT/PSS空穴传输层3的导带所在的能级为-5.0电子伏特(eV)。
其中，PVK电子阻挡层4的导带所在的能级与EDT处理的硫化铅(PbS)量子点有源层5的导带所在的能级的差值为1.9电子伏特(eV)，起到的作用是形成能量势垒，阻挡阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输。EDT处理的硫化铅(PbS)量子点有源层5的价带所在的能级与空穴阻挡层6的价带所在的能级的差值为2.5电子伏特(eV)，起到的作用是形成能量势垒，阻挡阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，减小了暗电流，从而增强了光电探测器的光电性能，以解决现有技术中量子点光电探测器在工作的过程中具有大的暗电流的技术问题。
示例性的，参见图3，图3示出了有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器和无PVK电子阻挡层的量子点光电探测器，在无光照和有光照条件下的伏案特性曲线，曲线a是无光照条件下有PVK电子阻挡层的伏案特性曲线，曲线c是光照条件下有PVK电子阻挡层的伏案特性曲线，曲线b是无光照条件下无PVK电子阻挡层的伏案特性曲线，曲线d是光照条件下无PVK电子阻挡层的伏案特性曲线。从图中可以得出以下结论，第一方面，在电压从-2V变化到-1V的过程中，在横坐标电压值相同时，曲线a与曲线c纵坐标之间差值的绝对值大于曲线b与曲线d纵坐标之间差值的绝对值。曲线a与曲线c纵坐标之间差值的绝对值为有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的光电流的大小，曲线b与曲线d纵坐标之间差值的绝对值为无PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的光电流的大小。因此，有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的光电流大于无PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的光电流。第二方面，在电压从-2V变化到-1V的过程中，在横坐标电压值相同时，曲线b在曲线a的上方，即有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的暗电流小于无PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的暗电流。从第一方面和第二方面可以得出有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的光电性能优于没有PVK电子阻挡层的量子点光电探测器的光电性能。
可选的，在上述技术方案的基础上，参见图4，还包括形成在阴极8上的薄膜封装层9。薄膜封装层9的作用是防止外界水氧入侵，影响量子点光电探测器的光电性能，其材料的选取，示例性的，可以为有机材料层、无机材料层、或者有机材料与无机材料形成的叠层。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种量子点光电探测器的制备方法，以图1示出的量子点光电探测器的结构示意图为例进行说明，量子点光电探测器的制备方法参见图5，包括以下步骤：
步骤110、提供基底。
参见图1，提供基底1。
步骤120、在基底上形成阳极。
参见图1，在基底1上形成阳极2。
步骤130、在阳极上形成空穴传输层。
参见图1，在阳极2上形成空穴传输层3。
步骤140、在空穴传输层上形成电子阻挡层。
参见图1，在空穴传输层3上形成电子阻挡层4。
步骤150、在电子阻挡层上形成量子点有源层。
参见图1，在电子阻挡层4上形成量子点有源层5。
步骤160、在量子点有源层上形成空穴阻挡层。
参见图1，在量子点有源层5上形成空穴阻挡层6。
步骤170、在空穴阻挡层上形成电子传输层。
参见图1，在空穴阻挡层6上形成电子传输层7。
步骤180、在电子传输层上形成阴极。
参见图1，在电子传输层7上形成阴极8。
本发明实施例提供的技术方案制备的量子点光电探测器，其中的量子点有源层5在光的照射下，产生光生载流子，量子点光电探测器的阳极2施加负电压，阴极8施加正电压，在外加电场的作用下，量子点有源层5产生的光生载流子被收集形成光电流。与此同时，阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，这一过程中注入的电子和空穴的运动产生的是暗电流。空穴阻挡层6阻挡阴极8的注入空穴从阴极8向量子点有源层5传输，电子阻挡层4阻挡阳极2的注入电子从阳极2向量子点有源层5传输，减小了暗电流，从而增强了光电探测器的光电性能，以解决现有技术中量子点光电探测器在工作的过程中具有大的暗电流的技术问题。
示例性的，有电子阻挡层和空穴阻挡层的量子点光电探测器相比无电子阻挡层和空穴阻挡层的量子点光电探测器，有电子阻挡层和空穴阻挡层的量子点光电探测器在电子阻挡层上形成的量子点有源层龟裂现象得到好转。
可选的，在上述技术方案的基础上，步骤150在电子阻挡层上形成量子点有源层具体包括：采用溶液旋涂法在电子阻挡层4上旋涂量子点有源层5。
可选的，在上述技术方案的基础上，步骤180在电子传输层7上形成阴极8具体包括：通过蒸镀工艺在电子传输层7上形成阴极8。
可选的，在上述技术方案的基础上，步骤180在电子传输层7上形成阴极8之后还包括形成在阴极8上的薄膜封装层。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、互相结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种量子点光电探测器，其特征在于，包括：
基底；
形成在所述基底上的阳极；
形成在所述阳极上的空穴传输层；
形成在所述空穴传输层上的电子阻挡层；
形成在所述电子阻挡层上的量子点有源层；
形成在所述量子点有源层上的空穴阻挡层；
形成在所述空穴阻挡层上的电子传输层；
形成在所述电子传输层上的阴极。
2.根据权利要求1所述的量子点光电探测器，其特征在于，
所述电子阻挡层的导带所在的能级与所述量子点有源层的导带所在的能级的差值大于或等于1.5电子伏特。
3.根据权利要求1所述的量子点光电探测器，其特征在于，
所述量子点有源层的价带所在的能级与所述空穴阻挡层的价带所在的能级的差值大于或等于1.5电子伏特。
4.根据权利要求1所述的量子点光电探测器，其特征在于，
所述量子点有源层包括硫化铅量子点有源层、硒化铅量子点有源层以及碲化铅量子点有源层中的任一一种。
5.根据权利要求1所述的量子点光电探测器，其特征在于，
所述电子阻挡层包括聚(9-乙烯基咔唑)电子阻挡层、4，4'-双(N-咔唑)-1，1'-联苯电子阻挡层以及N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二(苯基)联苯胺电子阻挡层中的任一一种。
6.根据权利要求1所述的量子点光电探测器，其特征在于，
所述空穴阻挡层包括氧化锌空穴阻挡层、氧化钛空穴阻挡层、氧化镁空穴阻挡层以及硫化锌空穴阻挡层中的任一一种。
7.根据权利要求1所述的量子点光电探测器，其特征在于，
还包括形成在所述阴极上的薄膜封装层。
8.一种量子点光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底上形成阳极；
在所述阳极上形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上形成电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上形成量子点有源层；
在所述量子点有源层上形成空穴阻挡层；
在所述空穴阻挡层上形成电子传输层；
在所述电子传输层上形成阴极。
9.根据权利要求8所述的量子点光电探测器的制备方法，其特征在于，
在所述电子阻挡层上形成量子点有源层具体包括：
采用溶液旋涂法在所述电子阻挡层上旋涂量子点有源层。
10.根据权利要求1所述的量子点光电探测器的制备方法，其特征在于，
所述在所述电子传输层上形成阴极具体包括：
通过蒸镀工艺在所述电子传输层上形成阴极。
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