CN113594370B - 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法 - Google Patents

一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113594370B
CN113594370B CN202110808484.2A CN202110808484A CN113594370B CN 113594370 B CN113594370 B CN 113594370B CN 202110808484 A CN202110808484 A CN 202110808484A CN 113594370 B CN113594370 B CN 113594370B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal electrode
cspbcl
spherical
thin film
wise
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110808484.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113594370A (zh
Inventor
廖广兰
张许宁
刘智勇
孙博
刘星月
叶海波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202110808484.2A priority Critical patent/CN113594370B/zh
Publication of CN113594370A publication Critical patent/CN113594370A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113594370B publication Critical patent/CN113594370B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/16Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0694Halides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/081Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/20Metallic material, boron or silicon on organic substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/26Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80Constructional details
    • H10K30/81Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/80Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass using temporary substrates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K77/00Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10Substrates, e.g. flexible substrates
    • H10K77/111Flexible substrates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明属于微纳制造与光电子器件领域,公开了一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法,该球面紫外探测器包括球形衬底、柔性基底、经向金属电极阵列、纬向金属电极阵列及图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜,通过所述图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列在球形衬底球面上的分布,并利用所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列,即可实现紫外探测的球面成像。本发明通过对器件结构及制备工艺等进行改进,得到的球面紫外探测器可同时满足全方位探测,大视场成像等优点,极大地促进了球面成像器件与光电子器件的发展与应用。

Description

一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法
技术领域
本发明属于微纳制造与光电子器件领域,更具体地,涉及一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法。
背景技术
紫外光电探测器因其在导弹逼近告警、紫外成像制导等军事领域以及电晕检测和火焰探测等民用领域极大的应用价值,成为了继激光探测、红外探测之外的又一极其重要的光电探测技术,被世界各国列为当前研究开发的重点课题。现有的紫外光电探测器包括真空紫外探测器与固态紫外探测器。但上述两种探测器分别存在以下问题:工作需要滤光片,势必造成视场受限;工作需要制冷,造成探测器体积和功耗非常大。而基于宽禁带CsPbCl3钙钛矿的紫外探测器因其优异的选择性光吸收能力被认为是可以克服以上问题的新一代紫外探测器。
紫外探测中紫外成像成为了主要和优先发展的方向,但基于传统型平面成像器件实现全方位、大空域探测成像,理论上需要使用四个或六个探测器组合完成,或采用多自由度旋转电机与单探测器配合实现,无疑增加了紫外全方位探测成像系统的体积与功耗。球面成像器件因可多角度探测给单紫外探测器全方位探测、大视场成像提供了新的灵感与思路,且有望在新一代机器人电子眼、可穿戴设备等领域发展具有深远的意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明的目的在于提供一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法,其中通过对器件的结构设计、制备工艺等进行改进,利用沿球形衬底球形形状经线方向分布的经向金属电极阵列、以及沿球形衬底球形形状纬线方向分布的纬向金属电极阵列,配合对应球面空域图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列,实现紫外探测的球面成像,具有全方位、大空域的特点。相应的,本发明器件在制备过程中,通过三维球面的二维平面分解、拼接,实现了球形探测器的有效制备。本发明中的球面紫外探测器可同时满足全方位探测,大视场成像等优点,极大地促进了球面成像器件与光电子器件的发展与应用。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种全方位成像的 CsPbCl3球面紫外探测器,其特征在于,包括球形衬底及位于该球形衬底上的柔性基底,所述柔性基底上具有沿球形衬底球形形状经线方向分布的经向金属电极阵列、以及沿球形衬底球形形状纬线方向分布的纬向金属电极阵列,所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列的交叉区域还设置有绝缘薄膜以避免所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列在交叉区域的直接接触;
所述柔性基底上还具有图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜,该图案化的 CsPbCl3钙钛矿薄膜即CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列;所述CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列中的任意一个CsPbCl3钙钛矿薄膜单元,均位于所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列交叉所形成的电极间隙中,且两端分别与经向金属电极和纬向金属电极相连;该CsPbCl3钙钛矿薄膜单元能够在紫外辐射下,向两端的经向金属电极与纬向金属电极上产生光生电流或光生电压,进而监测该CsPbCl3钙钛矿薄膜单元所处空间位置受到的紫外辐射光强;如此通过所述图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列在球形衬底球面上的分布,并利用所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列,即可实现紫外探测的球面成像。
作为本发明的进一步优选,所述经向金属电极阵列中具有m个经向金属电极单元,所述纬向金属电极阵列中具有n个纬向金属电极单元,其中 m与n均为介于25~500之间的整数;
对于所述CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列中的任意一个CsPbCl3钙钛矿薄膜单元,其分别与经向金属电极、纬向金属电极相连的两端之间的间距介于 3~10μm之间。
作为本发明的进一步优选,经向金属电极与纬向金属电极的厚度均介于50~100nm之间;
所述绝缘薄膜所采用的材料为Al2O3、SiO2、HfO2或Si3N4,厚度介于 10~100nm之间。
按照本发明的另一方面,本发明提供了上述全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(a)在平面刚性衬底表面粘附柔性基底;
(b)采用光刻套刻工艺完成金属电极掩膜版图形转移,结合镀膜工艺及湿法剥离工艺实现在所述柔性基底上依次沉积经向金属电极阵列、绝缘薄膜阵列和纬向金属电极阵列,或者依次沉积纬向金属电极阵列、绝缘薄膜阵列和经向金属电极阵列,从而得到经纬向交叉金属电极阵列;
(c)采用光刻套刻工艺完成CsCl前驱体掩膜版图形转移,结合薄膜沉积工艺及湿法剥离工艺,继续在所述柔性基底上沉积得到CsCl前驱体图案;
(d)采用薄膜沉积工艺继续在所述CsCl前驱体图案上覆盖前驱体PbCl2层,通过退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶,即可得到图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜;
(e)按照球面器件平面化分解方案,通过刻蚀工艺去除部分柔性基底,使柔性基底由完整形状变化为若干个切割形状的组合;
(f)将经步骤(e)处理后的柔性基底从平面形刚性衬底上剥离;
(g)通过转印工艺将经步骤(f)处理后的柔性基底转移至预先准备的球形衬底表面,拼接后即可得到全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器。
作为本发明的进一步优选,所述步骤(a)中,所述平面形刚性衬底为硅片、石英片或蓝宝石片;所述柔性基底为SEBS柔性基底、PI柔性基底或PET柔性基底,厚度优选介于20~50nm之间。
作为本发明的进一步优选,所述步骤(b)中采用的镀膜工艺具体为磁控溅射、电子束蒸发、原子层沉积或电阻式热蒸发。
作为本发明的进一步优选,所述步骤(c)中,所述薄膜沉积工艺为气相沉积工艺,制得的CsCl前驱体图案的厚度介于100~200nm之间;
所述步骤(d)中,所述薄膜沉积工艺为气相沉积工艺,制得的前驱体 PbCl2层的厚度介于100~200nm之间。
作为本发明的进一步优选,所述步骤(c)中,所述薄膜沉积工艺具体为电阻式热蒸发;
所述步骤(d)中,所述薄膜沉积工艺具体为电阻式热蒸发;
所述步骤(c)制得的CsCl前驱体图案与所述步骤(d)制得的前驱体PbCl2层两者的厚度之比为165:200。
作为本发明的进一步优选,所述步骤(e)中采用的刻蚀工艺具体为反应离子刻蚀或激光刻蚀。
作为本发明的进一步优选,所述步骤(f)中,所述剥离具体是采用手工剥离、激光剥离或PDMS辅助干法转移工艺。
通过本发明所构思的以上技术方案,与现有技术相比,由于设置沿球形衬底球形形状经线方向分布的经向金属电极阵列、以及沿球形衬底球形形状纬线方向分布的纬向金属电极阵列,配合对应球面空域图案化的 CsPbCl3钙钛矿薄膜,能够实现紫外探测的球面成像,具有全方位、大空域成像的特点。本发明中的全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器,具体包括球形衬底、柔性基底、经纬向交叉互联阵列电极、图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列,经纬向交叉互联阵列电极、图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列均位于柔性基底上。
本发明通过光刻套刻、钙钛矿薄膜沉积、剥离等工艺呈现图案化阵列分布,覆盖于经纬向交叉互联阵列电极表面,通过与图案化阵列分布的钙钛矿部分交叉重叠实现电学连接,最终该探测器借助钙钛矿光敏层在紫外波段优异的选择性与独特的球面共形结构。用于分别与经向金属电极、纬向金属电极电相连的CsPbCl3钙钛矿薄膜单元两端,这两端的间距可优选控制为介于3~10μm之间,以避免间距过小易导致电极制备时去胶困难,致使电极之间短路,以及间距过大时易出现钙钛矿内部载流子复合严重、响应弱的问题。本发明可优选将经向金属电极与纬向金属电极的厚度均控制为介于50~100nm之间,能够避免电极厚度过小时去胶过程中容易发生破裂,以及电极厚度过大容易因电极制备过程中的高温使光刻胶变性、无法去除、影响后续电极与钙钛矿薄膜制备。而绝缘薄膜的厚度优选控制为介于10~100nm之间,能够避免厚度过小时绝缘性过低、隧穿电压小、器件可加偏压受限问题,以及厚度过大容易导致成膜过程中高温使光刻胶变性、无法去除干净、影响后续电极与钙钛矿薄膜制备的问题。
本发明尤其通过改进两步法工艺制备的CsPbCl3钙钛矿薄膜,结合传统光刻套刻工艺、镀膜工艺与刻蚀工艺,制备得到CsPbCl3紫外探测器阵列,结合三维球面的二维平面化分解与拼接方案,实现了球面紫外探测器的有效制备。在制备过程中,柔性基底依托于平面刚性衬底,后期通过剥离工艺可以实现柔性器件制备;而经纬向交叉互联阵列电极通过光刻套刻、镀膜、剥离等工艺制备,其形状分布可以由光刻工艺预先限定。更为重要的是,本发明中CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列采用改进两步法工艺制备,即,先通过光刻套刻工艺结合薄膜沉积工艺(如气相沉积工艺)及湿法剥离工艺,在经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列的电极单元间隙中沉积得到CsCl 前驱体图案,再通过气相沉积工艺全表面沉积覆盖前驱体PbCl2层(以气相沉积工艺均采用电阻式热蒸发为例,两前驱体层尤其可按 CsCl:PbCl2=165:200的厚度之比进行沉积,在该最优的厚度之比下,最终形成的CsPbCl3薄膜中摩尔比将满足名义化学计量比;当然根据实验验证可知,与名义化学计量比存在些偏差对紫外成像影响较小),并退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶,得到CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列(此时,对于未参加与CsCl 反应的PbCl2,由于它们的存在也不会影响紫外成像,因此可不做处理)。通过本发明中改进两步法钙钛矿薄膜制备工艺,解决了CsPbCl3钙钛矿薄膜溶液法制备工艺复杂,工艺重复性差,大面积薄膜阵列制备困难等问题;通过本发明中设计的电极结构,可实现基于CsPbCl3钙钛矿薄膜的球面探测器阵列制备及其全方位成像功能。
综上,本发明紫外探测器可实现全方位紫外成像,可以同时满足全方位探测、大视场成像等优点,且制备方法可控、可重复性高,极大地促进了球面成像器件与光电子器件在人工视觉领域的应用,并且为宽禁带钙钛矿紫外探测器在人工视觉领域应用揭示了巨大潜力。
附图说明
图1、图2、图3分别是本发明提供的全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器制备方法得到的CsPbCl3紫外光敏薄膜的光吸收图谱、XRD图谱与 SEM图。为了比对,图2中还给出了标准PDF卡片相关数据(即, PDF#18-0366)。
图4是本发明提供的全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器制备方法得到的单元器件性能测试图,其中电极电压为给定值1V,光强密度为给定值 5mW/cm2,自变量为时间,因变量为器件输出电流值。
图5是本发明提供的全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器制备方法得到的器件中最小重复结构平面展开示意图,包含经向金属电极一组、纬向金属电极一组、绝缘层薄膜一组、经向与纬向CsPbCl3钙钛矿像元一组。该图仅为示意图,并不是各个结构之间尺寸比例的真实反映。
图6是图5中经向电极、绝缘薄膜、纬向电极、CsPbCl3钙钛矿像元电学连接放大示意图。
图7是本发明中提供的一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器制备方法的流程示意图。
图5、图6中各附图标记的含义如下:10是经向金属电极阵列,11是纬向金属电极阵列,12是绝缘薄膜阵列,13是钙钛矿像元阵列。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总的来说,本发明中全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器包括球面衬底、柔性基底、经纬向交叉互联阵列电极、CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列。经纬向交叉互联阵列电极的规模可以为m×n(即,经向金属电极m条,纬向金属电极n条),m与n均可以为介于25~500之间的、预先选取的整数;CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列中任意一个CsPbCl3钙钛矿薄膜单元,其一端与经向电极相连,另一端与纬向电极相连,两端间距优选介于3~10μm之间。相应的制备方法包括平面器件制备、球面分解、柔性基底剪裁、剥离、转印、拼接系列工艺。
以下为具体实施例:
实施例1
(1)选取合适大小的含氧化层硅片(本实施例中采用的尺寸为 20×20mm,氧化层厚度为280nm),清洗干净;超薄柔性透明PI基底(本实施案例中厚度为25μm)通过聚酰亚胺胶带粘附在刚性硅基底表面;
(2)采用光刻套刻工艺、电子束蒸发镀膜工艺、电阻式热蒸发镀膜工艺依次沉积10nm Cr、40nm Au,结合湿法剥离工艺,制备出Cr/Au复合经向金属电极;
(3)采用光刻套刻工艺结合磁控溅射镀膜工艺在目标的经向、纬向金属电极交叉部分表面沉积100nm Al2O3
(4)采用光刻套刻工艺、电子束蒸发镀膜工艺、电阻式热蒸发镀膜工艺依次沉积10nm Cr、90nm Au,结合湿法剥离工艺,制备出Cr/Au复合纬向金属电极。经向电极与纬向电极分别与目标的CsPbCl3薄膜单元的两端相连 (如图5、图6所示),这两端之间的间隙为3μm;
(5)采用光刻套刻工艺、电阻式热蒸发工艺沉积165nm CsCl,结合湿法剥离工艺,制备出图案化CsCl前驱体层;该图案与经纬向交叉互联阵列电极通过部分交叉重叠实现电学连接;
(6)采用电阻式热蒸发工艺沉积200nm PbCl2,240℃退火30min,在图案化CsCl区域形成CsPbCl3晶体薄膜,至此制备得到柔性图案化CsPbCl3钙钛矿紫外光电探测器阵列;对于未参加与CsCl反应的PbCl2,由于它们的存在也不会影响紫外成像,可不做处理;对于该步骤得到的任意一个 CsPbCl3薄膜单元,XPS测试出的化学计量比约为Cs:Pb:Cl=9.6:9.3:29;如图1至图4所示,薄膜吸收谱显示该薄膜具有优异的光谱选择性,吸收截止在可见光波段(410nm);薄膜的SEM图显示薄膜晶界明显,平均晶粒尺寸在400μm,XRD测试结果与CsPbCl3标准PDF卡片吻合。制备所得单元器件的I-T曲线显示,该器件具有良好的开关循环特性,光电流与暗电流对比度在18左右,具备成像的条件。
(7)利用激光刻蚀技术将步骤(6)中得到的样品中部分柔性基底进行刻蚀(同时该处理不能破坏经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列,以保证经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列的完整性),以获得与三维球面的平面化分解方案相一致的结构。
(8)将柔性器件从聚酰亚胺胶带上剥离。
(9)利用PDMS将柔性器件阵列转印至预制的球面衬底中进行拼接,即可初步完成球面共形紫外探测器件阵列的制备。
(10)对球面紫外成像器件进行引线与封装。
实施例2
(1)选取合适大小的含氧化层硅片(本实施案例中尺寸为20×20mm,氧化层为280nm),清洗干净;将超薄柔性透明PI基底(本实施案例中厚度为25μm)通过聚酰亚胺胶带粘附在刚性硅基底表面;
(2)采用光刻套刻工艺、电子束蒸发镀膜工艺、电阻式热蒸发镀膜工艺依次沉积10nm Cr、40nm Au,结合湿法剥离工艺,制备出Cr/Au经向金属电极;
(3)采用光刻套刻工艺结合磁控溅射镀膜工艺在目标的经向、纬向金属电极交叉部分表面沉积100nm Al2O3
(4)采用光刻套刻工艺、电子束蒸发镀膜工艺、电阻式热蒸发镀膜工艺依次沉积10nm Cr、40nm Au,结合湿法剥离工艺,制备出Cr/Au纬向金属电极。经向电极与纬向电极单元分别与目标的CsPbCl3薄膜单元的两端相连,这两端之间的间隙为10μm;
(5)采用光刻套刻工艺、电阻式热蒸发工艺沉积165nm CsCl,结合湿法剥离工艺,制备出图案化CsCl前驱体层;该图案与经纬向交叉互联阵列电极通过部分交叉重叠实现电学连接;
(6)采用电阻式热蒸发工艺沉积200nm PbCl2,240℃退火30min,在图案化CsCl区域形成CsPbCl3晶体薄膜,至此制备得到柔性图案化CsPbCl3钙钛矿紫外光电探测器阵列;对于未参加与CsCl反应的PbCl2,由于它们的存在也不会影响紫外成像,可不做处理;
(7)利用激光刻蚀技术将步骤(6)中得到的样品中部分柔性基底进行刻蚀(同时该处理不能破坏经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列,以保证经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列的完整性),以获得与三维球面的平面化分解方案相一致的结构。
(8)将柔性器件从聚酰亚胺胶带上剥离。
(9)利用PDMS将柔性器件阵列转印至预制的球面衬底中进行拼接,即可初步完成球面共形紫外探测器件阵列的制备。
(10)对球面紫外成像器件进行引线与封装。
实施例3
(1)选取合适大小的含氧化层硅片(本实施案例中尺寸为20×20mm,氧化层厚度为280nm),清洗干净;将超薄柔性透明PI基底(本实施案例中厚度为25μm)通过聚酰亚胺胶带粘附在刚性硅基底表面;
(2)采用光刻套刻工艺、电子束蒸发镀膜工艺、电阻式热蒸发镀膜工艺依次沉积10nm Cr、40nm Au,结合湿法剥离工艺,制备出Cr/Au经纬向金属电极;
(3)采用光刻套刻工艺结合磁控溅射镀膜工艺在目标的经向、纬向金属电极交叉部分表面沉积10nm Al2O3
(4)采用光刻套刻工艺、电子束蒸发镀膜工艺、电阻式热蒸发镀膜工艺依次沉积10nm Cr、90nm Au,结合湿法剥离工艺,制备出Cr/Au纬向金属电极。经向电极与纬向电极单元分别于目标的CsPbCl3薄膜单元的两端相连,这两端之间的间隙为3μm;
(5)采用光刻套刻工艺、电阻式热蒸发工艺沉积165nm CsCl,结合湿法剥离工艺,制备出图案化CsCl前驱体层;该图案与经纬向交叉互联阵列电极通过部分交叉重叠实现电学连接;
(6)采用电阻式热蒸发工艺沉积200nm PbCl2,240℃退火30min,在图案化CsCl区域形成CsPbCl3晶体薄膜,至此制备得到柔性图案化CsPbCl3钙钛矿紫外光电探测器阵列;对于未参加与CsCl反应的PbCl2,由于它们的存在也不会影响紫外成像,可不做处理;
(7)利用激光刻蚀技术将步骤(6)中得到的样品中部分柔性基底进行刻蚀(同时该处理不能破坏经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列,以保证经向金属电极阵列与纬向金属电极阵列的完整性),以获得与三维球面的平面化分解方案相一致的结构。
(8)将柔性器件从聚酰亚胺胶带上剥离。
(9)利用PDMS将柔性器件阵列转印至预制的球面衬底中进行拼接,即可初步完成球面共形紫外探测器件阵列的制备。
(10)对球面紫外成像器件进行引线与封装。
上述实施例仅为示例,经向、纬向交叉互联阵列电极材料所采用的金属材料,可以是Ti、Ni、Cr、Au、Ag等或它们之间任意多种的组合;又例如,上述钙钛矿薄膜制备过程中所沉积的CsCl前驱体层、PbCl2前驱体层,优选采用的是电阻式热蒸发沉积工艺,也可是CVD、电子束蒸发等气相沉积工艺。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器,其特征在于,包括球形衬底及位于该球形衬底上的柔性基底,所述柔性基底上具有沿球形衬底球形形状经线方向分布的经向金属电极阵列、以及沿球形衬底球形形状纬线方向分布的纬向金属电极阵列,所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列的交叉区域还设置有绝缘薄膜以避免所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列在交叉区域的直接接触;
所述柔性基底上还具有图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜,该图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜即CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列;所述CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列中的任意一个CsPbCl3钙钛矿薄膜单元,均位于所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列交叉所形成的电极间隙中,且两端分别与经向金属电极和纬向金属电极相连;该CsPbCl3钙钛矿薄膜单元能够在紫外辐射下,向两端的经向金属电极与纬向金属电极上产生光生电流或光生电压,进而监测该CsPbCl3钙钛矿薄膜单元所处空间位置受到的紫外辐射光强;如此通过所述图案化的CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列在球形衬底球面上的分布,并利用所述经向金属电极阵列与所述纬向金属电极阵列,即可实现紫外探测的球面成像。
2.如权利要求1所述全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器,其特征在于,所述经向金属电极阵列中具有m个经向金属电极单元,所述纬向金属电极阵列中具有n个纬向金属电极单元,其中m与n均为介于25~500之间的整数;
对于所述CsPbCl3钙钛矿薄膜阵列中的任意一个CsPbCl3钙钛矿薄膜单元,其分别与经向金属电极、纬向金属电极相连的两端之间的间距介于3~10μm之间。
3.如权利要求1所述全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器,其特征在于,经向金属电极与纬向金属电极的厚度均介于50~100nm之间;
所述绝缘薄膜所采用的材料为Al2O3、SiO2、HfO2或Si3N4,厚度介于10~100nm之间。
4.如权利要求1-3任意一项所述全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(a)在平面刚性衬底表面粘附柔性基底;
(b)采用光刻套刻工艺完成金属电极掩膜版图形转移,结合镀膜工艺及湿法剥离工艺实现在所述柔性基底上依次沉积经向金属电极阵列、绝缘薄膜阵列和纬向金属电极阵列,或者依次沉积纬向金属电极阵列、绝缘薄膜阵列和经向金属电极阵列,从而得到经纬向交叉金属电极阵列;
(c)采用光刻套刻工艺完成CsCl前驱体掩膜版图形转移,结合薄膜沉积工艺及湿法剥离工艺,继续在所述柔性基底上沉积得到CsCl前驱体图案;
(d)采用薄膜沉积工艺继续在所述CsCl前驱体图案上覆盖前驱体PbCl2层,通过退火使CsPbCl3钙钛矿扩散结晶,即可得到图案化CsPbCl3钙钛矿薄膜;
(e)按照球面器件平面化分解方案,通过刻蚀工艺去除部分柔性基底,使柔性基底由完整形状变化为若干个切割形状的组合;
(f)将经步骤(e)处理后的柔性基底从平面形刚性衬底上剥离;
(g)通过转印工艺将经步骤(f)处理后的柔性基底转移至预先准备的球形衬底表面,拼接后即可得到全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器。
5.如权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述步骤(a)中,所述平面形刚性衬底为硅片、石英片或蓝宝石片;所述柔性基底为SEBS柔性基底、PI柔性基底或PET柔性基底,厚度介于20~50nm之间。
6.如权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述步骤(b)中采用的镀膜工艺具体为磁控溅射、电子束蒸发、原子层沉积或电阻式热蒸发。
7.如权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述步骤(c)中,所述薄膜沉积工艺为气相沉积工艺,制得的CsCl前驱体图案的厚度介于100~200nm之间;
所述步骤(d)中,所述薄膜沉积工艺为气相沉积工艺,制得的前驱体PbCl2层的厚度介于100~200nm之间。
8.如权利要求7所述制备方法,其特征在于,所述步骤(c)中,所述薄膜沉积工艺具体为电阻式热蒸发;
所述步骤(d)中,所述薄膜沉积工艺具体为电阻式热蒸发;
所述步骤(c)制得的CsCl前驱体图案与所述步骤(d)制得的前驱体PbCl2层两者的厚度之比为165:200。
9.如权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述步骤(e)中采用的刻蚀工艺具体为反应离子刻蚀或激光刻蚀。
10.如权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述步骤(f)中,所述剥离具体是采用手工剥离、激光剥离或PDMS辅助干法转移工艺。
CN202110808484.2A 2021-07-16 2021-07-16 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法 Active CN113594370B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110808484.2A CN113594370B (zh) 2021-07-16 2021-07-16 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110808484.2A CN113594370B (zh) 2021-07-16 2021-07-16 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113594370A CN113594370A (zh) 2021-11-02
CN113594370B true CN113594370B (zh) 2022-05-31

Family

ID=78247830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110808484.2A Active CN113594370B (zh) 2021-07-16 2021-07-16 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113594370B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023081215A1 (en) * 2021-11-03 2023-05-11 University Of Virginia Patent Foundation Scintillator and related methods and devices

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6072898A (en) * 1998-01-16 2000-06-06 Beaty; Elwin M. Method and apparatus for three dimensional inspection of electronic components
US20090020910A1 (en) * 2007-02-27 2009-01-22 Stephen Forrest System and method for depositing thin layers on non-planar substrates by stamping
US9442285B2 (en) * 2011-01-14 2016-09-13 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Optical component array having adjustable curvature
CN103441216B (zh) * 2013-08-29 2016-03-23 吉林大学 一种基于TiO2纳米碗阵列的紫外光探测器及其制备方法
US10032812B2 (en) * 2016-01-06 2018-07-24 The Regents Of The University Of Michigan Fabrication of photodiode array on spherical platform for 4-PI detection awareness
CN107331672B (zh) * 2017-06-07 2020-08-18 西安交通大学 一种微透镜阵列的集成非平面紫外光电探测器
CN108400197B (zh) * 2018-04-28 2020-03-17 厦门大学 具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法
CN110416333B (zh) * 2019-07-11 2020-11-24 华中科技大学 一种紫外光电探测器及其制备方法
CN111668336A (zh) * 2020-05-29 2020-09-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种360度超大广角紫外探测器
CN111916524B (zh) * 2020-07-22 2022-02-15 华中科技大学 一种仿视网膜成像的硫化钼光探测器及其制备方法
CN111933650B (zh) * 2020-07-22 2022-10-14 华中科技大学 一种硫化钼薄膜成像阵列器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113594370A (zh) 2021-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104134870B (zh) 一种石墨烯微带天线及其制备方法
US9157789B2 (en) Electromagnetic wave detector and electromagnetic wave detector array
US20120240999A1 (en) Photoelectric conversion device and method of manufacturing photoelectric conversion device
JP5935179B2 (ja) 蒸着マスク及び蒸着マスクの製造方法
JP5404392B2 (ja) Pinダイオード、光検出器、光検出器アレイ及びイメージセンサ
CN110224041B (zh) 一种包含石墨烯夹层结构的光电探测器
JP2015045629A5 (zh)
CN108074938B (zh) 阵列基板及其制造方法、显示装置
CN113594370B (zh) 一种全方位成像的CsPbCl3球面紫外探测器及其制备方法
CN110335908B (zh) 异质结分波段探测器及其制备方法与应用
KR102283831B1 (ko) 3차원 구조의 광검출 소자 및 그의 제조 방법
JP2012104733A (ja) 光電変換素子および光電変換素子の製造方法
CN110416235A (zh) 一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片
CN111916524B (zh) 一种仿视网膜成像的硫化钼光探测器及其制备方法
CN111129199A (zh) 一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器及其制备方法
JP7249430B2 (ja) 透明電極および透明電極の製造方法、ならびに透明電極を具備した光電変換素子
CN116741868A (zh) 光电探测器及其制备方法
US20110030769A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
CN113659039A (zh) 阵列互联的CsPbCl3紫外光电探测器及其制备方法
US20100032017A1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
KR101838975B1 (ko) 포토 디텍터 및 그 제조 방법
CN113359220B (zh) 一种基于三维环状结构的光谱滤光片及应用
TW201108487A (en) Electro-optic device and method for manufacturing the same
CN115566103A (zh) 基于激光刻蚀的横向结构双电极器件阵列的制备方法
US8906723B1 (en) Donor substrate, method for fabricating the donor substrate, and method for forming transfer pattern using the donor substrate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant