CN111969072A - 一种基于量子点光栅增强的光电探测器及其制备方法和探测光的调整方法 - Google Patents

一种基于量子点光栅增强的光电探测器及其制备方法和探测光的调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于量子点光栅增强的光电探测器及其制备方法和探测光的调整方法,所述基于量子点光栅增强的光电探测器包括依次连接的电极层、量子点层、量子点高折射率光栅结构层及低折射率光栅结构层;量子点高折射率光栅结构层的存在使得基于量子点光栅增强的光电探测器对长波长光的吸收率提高,且对长波长的光的探测响应度明显提升,且能通过结构参数的调整实现光波长、不同偏振态的区别探测。

Description

一种基于量子点光栅增强的光电探测器及其制备方法和探测 光的调整方法
技术领域
本发明属于光电探测领域,涉及一种基于量子点光栅增强的光电探测器及其制备方法和探测光的调整方法。
背景技术
胶体量子点(CQDs)由于其从紫外到太赫兹范围的广泛可调光学特性,引起了人们的广泛关注。由于需要将其光学特性和电子输运结合起来,它们与光电器件的集成成为了另一个挑战。配体交换工艺的发展是这方面的一个重要突破,这使得我们能够实现更强的电子耦合以及调谐CQD掺杂。由于配体交换,迁移率已从10-6cm2 V-1s-1(带有长配体的CQD)增加到了10-3~10-2cm2 V-1s-1。甚至在采用离子/无机表面化学处理后,迁移率可以高达1。然而,尽管取得了以上进展,载流子扩散长度仍然局限于100nm以下,这至少比完全吸收所需的厚度小1个数量级。因此基于CQD的光电探测器的设计,都是在光吸收和电荷传导之间进行权衡的结果。由于扩散长度较短,基于CQD的吸收层厚度大多保持在500nm以下,这使得只有10-50%的入射光被吸收,到达电极的光生载流子数量甚至更低。这是基于CQD的光电探测器设计中需要解决的一个重大挑战。
近年来,利用PbS和HgTe-CQDs作为InGaAs技术的低成本替代品,在短波红外探测器的设计方面取得了很大进展。由于CQD层的厚度有限,克服CQD基光探测器低吸收的一种可能的策略是将光集中在有限厚度的CQD层内并且增强对光的吸收。虽然这一领域已经在传统半导体太阳能电池和红外传感器中得到了广泛的研究,但对于基于CQD的器件,这方面的工作却少得多。
CN109659374A公开了一种光电探测器、光电探测器的制备方法、光电探测器阵列和光电探测终端,其中,所述光电探测器包括衬底和形成于该衬底之上的光学谐振腔:所述光学谐振腔可包括:光吸收层,具有相对的光线入射外表面和底部外部表面,以及位于所述光线入射表面与所述底部表面之间的外侧壁;陷光结构层,覆盖于所述光线入射表面;以及光反射结构层,覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面和/或所述外侧壁上;其中,所述光反射结构层用于反射透过所述陷光结构层射入所述光学谐振腔中的外部光线;其并未实现对不同偏振光的区别探测以及对吸收光波长的调控;CN110311007A公开了一种量子点近红外光电探测器件,包括导电基底层,导电基底层的上方由下至上依次设置有第一电子传输层,金属纳米颗粒层,第二电子传输层,红外量子点层,金属电极;其并未实现对光吸收效率的改善,也未实现对不同偏振光的区别探测以及对吸收光波长的调控。
因此,开发一种对探测光具有极高的吸收效率、能对探测光的波长进行调控,且能对不同偏振光进行有区别的探测的光电探测器及其制备方法仍具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于量子点光栅增强的光电探测器及其制备方法和探测光的调整方法,所述基于量子点光栅增强的光电探测器包括依次连接的电极层、量子点层、量子点高折射率光栅结构层及低折射率光栅结构层;其中,量子点高折射率光栅结构层的存在使得基于量子点光栅增强的光电探测器对长波长光的吸收率提高,且对长波长的光的探测响应度明显提升,且能通过调整光栅的结构参数有效实现对吸收光波长的调控,并能实现对不同偏振态的光的区别探测。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种基于量子点光栅增强的光电探测器,所述基于量子点光栅增强的光电探测器包括依次连接的电极层、量子点层、量子点高折射率光栅结构层及低折射率光栅结构层。
本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器中的量子点高折射率光栅结构层的设置使得其具有更高的光吸收效率、且对长波长光(1500-2400nm)的探测响应度明显提升;其能通过选择不同的材料实现对吸收光波长的调控,从而可针对性的选择增强某个波长的高探测响应度;且本发明研究发现量子点高折射率光栅结构层对吸收光偏振敏感,本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器能有效的对不同的偏振光进行区别探测。
不同偏振方向的光,横电模(Transverse Electric field,TE)和横磁模(Transverse Magnetic field,TM)对比发现,传统平面器件结构无法区分不同的偏振光,不同的偏振光入射到平面器件上其吸收基本无差别,而本发明中基于量子点光栅增强的光电探测器能有效的对不同的偏振光进行区别探测;例如量子点高折射率光栅结构层中的量子点材料选择PbS时,调整占空因数和纵深,使得周期为1800nm的量子点高折射率光栅结构层实现对波长为1731nm的两种偏振光的吸收率差别探测,TE偏振对应的吸收率为93.67%,而TM偏振的吸收率为51.41%。
对于光电探测器来说,以PbS量子点光电探测器为例,其不包含量子点高折射率光栅结构层时,入射光越是长波长,接近PbS材料的吸收边,吸收系数显著减少,而PbS量子点层厚度为150-200nm,不足以完全吸收入射光能量,此时,大量的入射光从透明衬底端出射,从而造成浪费;同时,胶体量子点中的载流子的扩散长度通常限制在100nm以下,然而,胶体量子点薄膜往往需要达到1~2um厚度才能做到对光的完全吸收。因此,基于胶体量子点的光电探测器的设计是在光吸收和电荷传导之间进行权衡的结果。由于载流子扩散长度较短,基于CQD的吸收层厚度通常保持在500nm以下,这使得只有10-50%的入射光被吸收,到达电极的光载流子数量甚至更低。而本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器通过添加量子点高折射率光栅结构对未被量子点层吸收的光进行高反射,使这部分光再次射入量子点层,实现光吸收;并且量子点高折射率光栅结构可以对吸收光进行局部增强,进而显著提升吸收效率;
量子点高折射率光栅结构层和量子点层采用相同的量子点材料,便于工艺过程的完成;且能够进一步对长波长的入射光进行吸收,产生更多的电子空穴对,从而提升光电探测器的器件性能。
本发明所述基于量子点光栅增强的的光电探测器不仅是对传统光电探测器的一种改良,也是对光电器件结构的发展的促进,其具有更加广阔的应用前景和性能优势。
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的材质包含PbS、CdSe、PbSe、AgS、HgTe、InGaAs及钙钛矿材料中的至少一种,优选为PbS。
上述量子点高折射率光栅结构层中的PbS、CdSe、PbSe、AgS、HgTe、InGaAs及钙钛矿材料均具有高的折射率。
本发明中量子点高折射率光栅结构层优化的吸收波长根据量子点材料的不同可以在不同波段,例如PbS/PbSe/AgS/HgTe都可以针对红外波段。InGaAs、钙钛矿量子点可以针对可见波段。
优选地,所述低折射率光栅结构层的材质包括低折射率的柔性材料和/或非柔性材料。
优选地,所述低折射率的柔性材料包括硅胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种。
优选地,所述低折射率的非柔性材料包括玻璃及硅片中的至少一种。
优选地,所述量子点层的材质选自PbS、CdSe、PbSe、AgS、HgTe、InGaAs及钙钛矿材料中的至少一种,优选为PbS。
优选地,所述量子点层的材质与量子点高折射率光栅结构层的材质相同。
优选地,所述量子点层的厚度为90-300nm,例如100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm或280nm等。
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的周期为800-2400nm,例如900nm、1000nm、1200nm、1400nm、1600nm、1800nm、2000nm或2200nm等。
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的占空因数为0.1-0.9,例如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7或0.8等。
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的纵深为150-400nm,例如200nm、250nm、300nm或350nm等。
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的光栅结构与低折射率光栅结构层的光栅结构相互嵌合。
本发明所述量子点高折射率光栅结构层的光栅周期、占空因数及纵深限定在上述范围内,对比传统平面器件结构(不含量子点光栅),本发明中不同周期、占空因数及纵深的量子点高折射率光栅结构层均可实现广谱光吸收(800-2500nm)的提升。例如,量子点高折射率光栅结构层中的量子点材料为PbS量子点,其对长波长的光的吸收能力可达平面器件结构的2倍以上,进而显著提升其响应度;例如,量子点高折射率光栅结构层中的量子点材料采用PbS时,量子点高折射率光栅结构层的纵深为0.1818μm、周期为0.7422μm、占空因数为0.2968时,其能实现对中心为1500nm波长的光的优化吸收,吸收率达到87.7%;当纵深为0.2625μm、周期为1.1142μm、占空因数为0.3764时,其能实现对中心为1800nm波长的光的优化吸收,吸收率达到93.77%;当纵深为0.3μm、周期为1.3236μm、占空因数为0.41时,其能实现对中心为2000nm波长的光的优化吸收,吸收率达到92.3%;当纵深为0.1μm、周期为0.7099μm、占空因数为0.5535时,其能实现对中心为2400nm波长的光的优化吸收,吸收率达到43.43%。
本发明中通过将量子点高折射率光栅结构层引入光电探测器,能有效提高对探测光的吸收率,还可以对探测光的波长进行调控,并且其对探测光的偏振态敏感,进而可以满足高精度高性能的光电探测器的需求。
优选地,所述电极层的材质选自Al、Ag、Au及氧化铟锡中的至少一种。
优选地,所述电极层通过蒸镀和/或磁控溅射得到。
优选地,所述电极层通过蒸镀金属得到。
优选地,所述电极层通过磁控溅射氧化铟锡得到。
优选地,所述低折射率光栅结构层背对所述高折射率光栅结构层的一侧设置有衬底层。
优选地,所述衬底层的材质包括玻璃、硅片及PET中的至少一种。
本发明中硅胶的可选自不同型号的硅胶,例如6550型和/或6532型硅胶。
优选地,所述衬底为透明或不透明材质。
优选地,所述衬底层的材质为柔性材质时,衬底层和低折射率光栅结构层为同一种材料,包括硅胶、PDMS中的至少一种。
本发明中光电探测器的制备过程中,如果使用柔性衬底,不再添加其他衬底,可以制备成柔性的光电探测器。
第二方面,本发明提供了如第一方面所述的基于量子点光栅增强的光电探测器的制备方法,所述制备方法包括压印法及FIB刻蚀法中的至少一种;
优选地,所述压印法包括:
在模板上的纳米结构上滴注硅胶;及
在硅胶表面上压印衬底,在硅胶与模板接触处形成光栅结构;及
去除模板,在硅胶表面的光栅结构上形成量子点高折射率光栅结构层和量子点层;及
在量子点层的表面制作电极层;
本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器采用压印法制备的过程中,在表面具有纳米结构的模板表面对应纳米结构的位置处滴注硅胶;之后采用衬底压在硅胶表面,通过压印在硅胶与模板接触的表面形成光栅结构;去除模板后,通过液相法在光栅结构上形成量子点高折射率光栅结构和量子点层;并在量子点层的表面制作电极层,得到所述基于量子点光栅增强的光电探测器。
优选地,所述模板包括带有纳米结构的模板。
优选地,所述模板的材质选自二氧化硅或硅。
优选地,在硅胶表面压印衬底后,去除模板前,还包括将整体进行翻转。
优选地,在硅胶表面的光栅结构上形成量子点高折射率光栅结构层和量子点层的方法包括旋涂溶液、配体交换及清洗。
以量子点高折射率光栅结构层和量子点层的材质采用PbS量子点为例,旋涂溶液的溶液采用将PbS量子点材料以50mg/mL浓度溶解在正辛烷溶液中,溶液首先在硅胶表面光栅结构的沟道底部填充,随后配体交换过程采用TBAI/甲醇溶液对上述旋涂形成的量子点薄膜进行配体置换,由于TBAI/甲醇溶液中的I-离子与PbS量子点有更强的结合能,会将PbS量子点材料外原本的长链OA-配体置换出来,造成量子点间距减小,堆积更紧密,有利于电荷传输和载流子提取;之后采用清洗剂,例如甲醇,进行清洗;静置待量子点薄膜稳定后重复上述旋涂溶液、配体交换及清洗步骤;优选重复5-10次,以达到目标厚度。
优选地,所述清洗采用的清洗剂为配体溶剂。
优选地,所述方法还包括重复旋涂溶液、配体交换及清洗的步骤,得到量子点高折射率光栅结构层和量子点层。
本发明中旋涂溶液、配体交换及清洗步骤为一次操作,为了得到所需厚度的量子点光结构和量子点层,本发明操作过程中,通过重复操作上述步骤来实现。
优选地,所述电极层的制备方法包括蒸镀和/或磁控溅射。
优选地,所述FIB刻蚀法包括:
在衬底表面通过聚焦离子束或电子束刻蚀,形成低折射率光栅结构层;及
通过成膜方法在低折射率光栅结构层上形成量子点高折射率光栅结构及量子点层;及
在量子点层的表面制作电极层。
优选地,所述成膜方法包括旋涂、刷涂、滴涂及喷墨打印中的至少一种。
优选地,所述所述电极层的制作方法包括蒸镀和/或磁控溅射。
作为本发明优选的技术方案,所述制备方法包括压印法及FIB刻蚀法中的至少一种;
所述压印法包括:
将带有纳米结构的模板表面的保护层剥离,在纳米结构上滴注硅胶;及
在硅胶表面上压印衬底,在硅胶与带有纳米结构的模板的接触处形成光栅结构,并将整体结构进行翻转;及
去除带有纳米结构的模板,在硅胶表面的光栅结构上重复旋涂溶液、配体交换及清洗的步骤,在硅胶表面形成量子点高折射率光栅结构层和量子点层;及
在量子点层的表面通过蒸镀金属或磁控溅射氧化铟锡,制作电极层,得到所述基于量子点光栅增强的光电探测器。
所述FIB刻蚀法包括:
在衬底表面通过聚焦离子束或电子束刻蚀,形成低折射率光栅结构层;及
通过旋涂、刷涂、滴涂及喷墨打印中的至少一种成膜方法在低折射率光栅结构层上形成量子点高折射率光栅结构及量子点层;及
在量子点层的表面通过蒸镀金属或磁控溅射氧化铟锡,制作电极层,得到所述基于量子点光栅增强的光电探测器。
第三方面,本发明提供了一种调整如第一方面所述基于量子点光栅增强的光电探测器的探测光波长的方法,所述方法包括调整量子点高折射率光栅结构层的周期、占空因数及纵深中的至少一个。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器中引入量子点高折射率光栅结构层,提高了其对光的吸收效率,且其对长波长的光的探测响应度也显著提升;
(2)本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器能实现对探测光的波长进行调控;
(3)本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器能实现不同偏振态的光的探测。
附图说明
图1是本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器的结构正视图;
图2是本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器的结构俯视图,图中虚线对应量子点高折射率光栅结构层的光栅结构;
图3是本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器的制作工艺流程示意图,其中箭头方向代表流程走向;
图4是经典无光栅器件的结构图,其中,箭头代表光源的方向;
图5是本发明中带光栅器件的结构图,其中,箭头代表光源的方向;
图6是本发明中量子点高折射率光栅结构层的示意图;
1-电极层、2-量子点层、3-量子点高折射率光栅结构层、4-低折射率光栅结构层、5-衬底层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器的结构正视图如图1所示,由图1可以看出,其包括依次连接的电极层1、量子点层2、量子点高折射率光栅结构层3、低折射率光栅结构层4和衬底层5。
所述基于量子点光栅增强的光电探测器的结构俯视图如图2。
本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器的制作工艺流程示意图如图3所示,由图3可以看出,模板采用带有纳米结构的模板,所述工艺流程包括:
将带有纳米结构的模板表面的纳米结构的保护层剥离,在纳米结构上滴注硅胶;及
在硅胶表面上压印衬底(例如压印玻璃),在硅胶与带有纳米结构的模板的接触处形成光栅结构,并将整体结构进行翻转;及
去除带有纳米结构的模板,在硅胶表面的光栅结构上重复旋涂溶液、配体交换及清洗的步骤,在硅胶表面形成量子点高折射率光栅结构层和量子点层;后续在量子点层的表面通过蒸镀金属或磁控溅射氧化铟锡,制作电极层,得到所述基于量子点光栅增强的光电探测器。
经典无光栅器件的结构图如图4所示,由图4可以看出,其仅包含量子点层,而不包含量子点高折射率光栅结构层;光源由量子点层背对衬底层的一侧入射;本发明所述带光栅器件的结构图如图5所示,其包含量子点高折射率光栅结构层。
量子点高折射率光栅结构层中各结构参数(纵深、周期、占空因数、宽度)的含义示意图如图6所示,其中,宽度=周期×占空因数;
以下实施例中均采用如图1所述的基于量子点光栅增强的光电探测器的结构;
实施例1
本实施例所述基于量子点光栅增强的光电探测器中,量子点层和量子点高折射率光栅结构层中的量子点材料为PbS量子点;
量子点层的厚度为200nm;
量子点高折射率光栅结构层的纵深为0.1818μm,周期为0.7422μm,占空因数为0.2968;
衬底为SiO2
本实施例中基于量子点光栅增强的光电探测器采用如图3所述方法制备得到;
其中,量子点高折射率光栅结构层和量子点层的制备过程中,旋涂溶液的溶液组成为浓度为50mg/mL的PbS量子点材料的正辛烷溶液,旋涂转速为2500rpm,1250acc加速度旋涂25s,随后,采用TBAI/甲醇溶液对量子点薄膜进行配体置换,配体置换过程持续30s,待反应充分进行后,采用5000rpm,1500acc加速度旋涂10s,去除多余TBAI/甲醇溶液,之后用甲醇溶液充分浸润制备的PbS量子点薄膜,采用相同的旋涂参数去除甲醇溶液;重复以上清洗过程3次后,放置量子点薄膜1min,待薄膜稳定后,重复上次旋涂溶液、配体交换和清洗的步骤,得到量子点高折射率光栅结构层和量子点层。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于,量子点高折射率光栅结构层的纵深为0.2625μm,周期为1.1142μm、占空因数为0.3764;其他参数和条件与实施例1中完全相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于,量子点高折射率光栅结构层的纵深为0.3μm,周期为1.3236μm、占空因数为0.41;其他参数和条件与实施例1中完全相同。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于,量子点高折射率光栅结构层的纵深为0.1μm,周期为0.7099μm、占空因数为0.5535;其他参数和条件与实施例1中完全相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于,不包含量子点高折射率光栅结构层,其他参数和条件与实施例1中完全相同,所述光电探测器为平面器件结构(即仅包含量子点层,而不包含量子点高折射率光栅结构层,其结构示意图如图4所示)。
同时,研究还表明,对于本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器,将其中的量子点高折射率光栅结构层替换为普通光栅结构,即光栅结构中不包含量子点材料(例如,将量子材料替换为硅(Si)),其所得光电探测器不能达到有效调整探测光波长及对不同偏振光区别探测的效果;且对吸收效率的改善也不明显。
对实施例和对比例中得到的光电探测器进行光学仿真实验,仿真软件为Lumerical FDTD;对于光吸收的仿真结果如表1所示;
表1
Figure BDA0002636876230000131
其中,优化波长指的是特定结构参数下的量子点高折射率光栅结构层的光电探测器对光的吸收的特定波长;即对特定波长的光的吸收率得到大幅优化提升。
对比例中平面器件结构对波长为1.5μm的光吸收率为41.3%,对波长为1.8μm的光吸收率为37.8%,对波长2.0μm的光吸收率为26.8%,对波长2.4μm的光吸收率为12.5%。
由上表1可以看出,本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器,相较于平面结构的光电探测器,其对长波长光的吸收率明显提高,且通过调整量子点高折射率光栅结构层的结构参数能有效调整探测光的波长。
本发明所述基于量子点光栅增强的光电探测器中引入量子点高折射率光栅结构层,其能对未被光电探测器中量子点层吸收的长波长光进行高反射,使其再度进入探测器结构中得到吸收,从而使得光吸收率可以提升一倍以上,最后显著提升光电探测器对长波长的光的探测响应度(对于同一波长的光,响应度正比于光吸收能力)。
测试对不同偏振态的光的吸收;测试结果显示:
对比例1中平面器件结构的光电探测器无法区分不同的偏振光,不同偏振光入射到平面器件结构上,其吸收基本无差别;
而本发明中的光电探测器能有效的对不同偏振态的光进行区别探测;例如,本发明调整光栅结构的纵深和占空因数,使得周期为1800nm的量子点高折射率光栅结构层实现对1731nm的两种偏振光的吸收率差别探测;TE偏振,吸收率为93.67%,而TM偏振的吸收率为51.41%。
本发明中基于量子点光栅增强的光电探测器中通过量子点高折射率光栅结构层的增设实现了以下三个技术效果,其一是,其能有效提高光电探测器对长波长光的吸收,其二是能通过调整量子点高折射率光栅结构层的结构参数实现对探测光波长的调整;其三是其对不同的偏振态敏感,进而实现对不同偏振态光的区别探测。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于量子点光栅增强的光电探测器,其特征在于,所述基于量子点光栅增强的光电探测器包括依次连接的电极层、量子点层、量子点高折射率光栅结构层及低折射率光栅结构层。
2.如权利要求1所述的基于量子点光栅增强的光电探测器,其特征在于,所述量子点高折射率光栅结构层的材质包含PbS、CdSe、PbSe、AgS、HgTe、InGaAs及钙钛矿材料中的至少一种;
优选地,所述低折射率光栅结构层的材质包括低折射率的柔性材料和/或非柔性材料;
优选地,所述低折射率的柔性材料包括硅胶、PDMS及PET中的至少一种;
优选地,所述低折射率的非柔性材料包括玻璃及硅片中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的基于量子点光栅增强的光电探测器,其特征在于,所述量子点层的材质选自PbS、CdSe、PbSe、AgS、HgTe、InGaAs及钙钛矿材料中的至少一种;
优选地,所述量子点层的材质与量子点高折射率光栅结构层的材质相同;
优选地,所述量子点层的厚度为90-300nm。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于量子点光栅增强的光电探测器,其特征在于,所述量子点高折射率光栅结构层的周期为800-1400nm;
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的占空因数为0.2-0.8;
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的纵深为150-400nm;
优选地,所述量子点高折射率光栅结构层的光栅结构与低折射率光栅结构层的光栅结构相互嵌合。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于量子点光栅增强的光电探测器,其特征在于,所述电极层的材质选自Al、Ag、Au及氧化铟锡中的至少一种;
优选地,所述电极层通过蒸镀和/或磁控溅射得到;
优选地,所述电极层通过蒸镀金属得到;
优选地,所述电极层通过磁控溅射氧化铟锡得到。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于量子点光栅增强的光电探测器,其特征在于,所述低折射率光栅结构层背对所述高折射率光栅结构层的一侧设置有衬底层;
优选地,所述衬底层的材质包括玻璃、硅片及PET中的至少一种;
优选地,所述衬底层的材质为柔性材质时,衬底层和低折射率光栅结构层为同一种材料,包括硅胶、PDMS中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于量子点光栅增强的光电探测器的制备方法,其特征在于,所述方法包括压印法及FIB刻蚀法中的至少一种;
优选地,所述压印法包括:在模板上的纳米结构上滴注硅胶;及
在硅胶表面上压印衬底,在硅胶与模板接触处形成光栅结构;及
去除模板,在硅胶表面的光栅结构上形成量子点高折射率光栅结构层和量子点层;及
在量子点层的表面制作电极层;
优选地,所述模板包括带有纳米结构的模板;
优选地,在硅胶表面压印衬底后,去除模板前,还包括将整体进行翻转;
优选地,在硅胶表面的光栅结构上形成量子点高折射率光栅结构和量子点层的方法包括旋涂溶液、配体交换及清洗;
优选地,所述清洗采用的清洗剂为配体溶剂;
优选地,所述压印法还包括重复旋涂溶液、配体交换及清洗的步骤,得到量子点高折射率光栅结构和量子点层;
优选地,所述电极层的制作方法包括蒸镀和/或磁控溅射。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述FIB刻蚀法包括:
在衬底表面通过聚焦离子束或电子束刻蚀,形成低折射率光栅结构层;及
通过成膜方法在低折射率光栅结构层上形成量子点高折射率光栅结构及量子点层;及
在量子点层的表面制作电极层;
优选地,所述成膜方法包括旋涂、刷涂、滴涂及喷墨打印中的至少一种;
优选地,所述所述电极层的制作方法包括蒸镀和/或磁控溅射。
9.如权利要求7或8所述的制备方法,其特征在于,所述方法包括压印法及FIB刻蚀法中的至少一种;
所述压印法包括:将带有纳米结构的模板表面的保护层剥离,在纳米结构上滴注硅胶;及
在硅胶表面上压印衬底,在硅胶与带有纳米结构的模板的接触处形成光栅结构,并将整体结构进行翻转;及
去除带有纳米结构的模板,在硅胶表面的光栅结构上重复旋涂溶液、配体交换及清洗的步骤,在硅胶表面形成量子点高折射率光栅结构层和量子点层;及
在量子点层的表面通过蒸镀金属或磁控溅射氧化铟锡,制作电极层,得到所述基于量子点光栅增强的光电探测器;
所述FIB刻蚀法包括:
在衬底表面通过聚焦离子束或电子束刻蚀,形成低折射率光栅结构层;及
通过旋涂、刷涂、滴涂及喷墨打印中的至少一种成膜方法在低折射率光栅结构层上形成量子点高折射率光栅结构及量子点层;及
在量子点层的表面通过蒸镀金属或磁控溅射氧化铟锡,制作电极层,得到所述基于量子点光栅增强的光电探测器。
10.一种调整如权利要求1-6任一项所述基于量子点光栅增强的光电探测器的探测光波长的方法,其特征在于,所述方法包括调整量子点高折射率光栅结构层的周期、占空因数及纵深中的至少一个。
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