CN114034387A - 铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器及制备方法，该探测器包括绝缘基底层，在所述的绝缘基底层的一侧面上设置具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层以及镀制在所述单晶片自由面的一组金属电极组。本发明的铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器无需外加偏压，在圆偏振光的激发下即可产生随偏振角度变化的光电流，因此它能实现自驱动圆偏振光电探测，而且结构简单、成本低。
Description
技术领域
本发明属于光电探测器技术领域，特别是涉及铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器及制备方法。
背景技术
偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质，偏振光可分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。其中圆偏振光的光矢量端点的轨迹为一圆，即光矢量不断旋转，其大小不变，但方向随时间有规律地变化。圆偏振光检测在自旋光学信息安全检测、药物筛选等领域有着重要的应用价值。传统的圆偏振光电探测器通过在探测器前安装线偏振片和四分之一波片实现圆偏振光的测量，器件体积大，难以实现圆偏振光电探测器件的微型化。
圆偏振光伏效应，是指具有旋光活性的材料在圆偏振光的激发下产生随偏振角度变化的光电流，是一种二阶非线性光电响应。可利用圆偏振光伏对圆偏振光的依赖实现圆偏振光的探测。但是现有的铁电体中，需要外加电场才能导致对映体的转化，从而改变对圆偏振光的响应。
有机-无机卤化物钙钛矿凭借优异的物理化学性能，在激光、光电探测、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景，近年来备受关注。
发明内容
本发明提供一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器及制备方法，本发明的铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器无需外加偏压，在圆偏振光的激发下即可产生随偏振角度变化的光电流，因此它能实现自驱动圆偏振光电探测，而且结构简单、成本低。
本发明通过以下技术方案实现：
一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器，该探测器包括绝缘基底层，在所述的绝缘基底层的一侧面上设置具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层以及镀制在所述单晶片自由面的一组金属电极组。
进一步地，所述的绝缘基底层由玻璃、云母或者PET制成。
进一步地，所述的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层由(乙胺)4Pb3Br10单晶、(正丁胺)2CsPb2Br7单晶、(正丁胺)2甲胺Pb2Br7单晶制成。
本发明的所述具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层具有圆偏振光伏效应，在圆偏振光的激发下能够产生随偏振角度变化的变化的光电流，从而实现自驱动圆偏振光探测。它相较薄膜，具有更长的载流子迁移距离、更低的缺陷态密度及更好的环境稳定性。
进一步地，所述的金属电极组包括距离为10μm-100μm的且由金或银制成的源电极和漏电极。
一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器的制备方法，包括如下步骤：将绝缘基底层先后依次于去离子水、丙酮和乙醇中超声波清洗15-20分钟，最后用氮气枪吹干；接着将具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层的粘合到绝缘基底层的一侧面；接着具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层的自由面采用真空热蒸发法蒸镀上金属电极组的金属，即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明的探测器利用卤化物钙钛矿铁电体的圆偏振光伏效应，实现自驱动圆偏振光电探测，它结构简单、制备方法简单、制作成本低。
2.本发明的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶，摆脱了手性有机半导体低的载流子传输特性，利用了无机层优异的电荷传输性能，可实现高性能圆偏振光电探测。
3.本发明的探测器，在内建电场的作用下，光生载流子分离的效率更高。同时，外加电场可以翻转极化，同时实现手性的翻转，改变对圆偏振光的响应情况。
附图说明
图1为本发明铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器的结构示意图，图中标号：1-缘基底层，2-具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层，3-1-源电极，3-2漏电极。
图2为本发明铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器的圆偏振光探测测试示意图，图中标号：1-缘基底层；2-具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层；3-1-源电极，3-2漏电极；4-四分之一波片；5-偏振片；6为405nm激光，通过旋转4-四分之一波片可以获得左旋及右旋偏振光。
图3为具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体的示意图，以无机层数为两层的二维钙钛矿为例，图中标号：1为卤素；2为金属离子；3为金属-卤素八面体孔洞中的阳离子；4为相邻无机层间的阳离子。
图4为实施例中探测器在405nm光照下的光电流随着四分之一波片旋转而变化的测试图。极化翻转后，探测器对圆偏振光的响应改变。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。
(一)具体实施方式
一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器，该探测器包括绝缘基底层，在所述的绝缘基底层的一侧面上设置具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层以及镀制在所述单晶片自由面的一组金属电极组。
所述的绝缘基底层由玻璃、云母或者PET制成。
所述的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层由(乙胺)4Pb3Br10单晶、(正丁胺)2CsPb2Br7单晶、(正丁胺)2甲胺Pb2Br7单晶制成。
本发明的所述具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层具有圆偏振光伏效应，在圆偏振光的激发下能够产生随偏振角度变化的变化的光电流，从而实现自驱动圆偏振光探测。它相较薄膜，具有更长的载流子迁移距离、更低的缺陷态密度及更好的环境稳定性。
所述的金属电极组包括距离为10μm-100μm的且由金或银制成的源电极(3-1)和漏电极(3-2)。
一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器的制备方法，包括如下步骤：将绝缘基底层(1)先后依次于去离子水、丙酮和乙醇中超声波清洗15-20分钟，最后用氮气枪吹干；接着将具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)的粘合到绝缘基底层(1)的一侧面；接着具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)的自由面采用真空热蒸发法蒸镀上金属电极组的金属，即得。
实施例1
本实施例的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体为单晶(乙胺)4Pb3Br10。本实施例中，(乙胺)4Pb3Br10结晶于空间群C2cb，具有旋光活性，可产生圆偏光伏效应。绝缘基底采用玻璃基底，金属电极采用金Au，金属电极间的距离约为100μm。
实施例2
本实施例的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体为(正丁胺)2CsPb2Br7。本实施例中，(正丁胺)2CsPb2Br7结晶于空间群Cmc21，具有旋光活性，可产生圆偏光伏效应。绝缘基底采用玻璃基底，金属电极采用金Au，金属电极间的距离约为100μm。
实施例3
本实施例的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体为(正丁胺)2甲胺Pb2Br7。本实施例中，绝缘基底采用玻璃基底，具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶为(正丁胺)2甲胺Pb2Br7，金属电极为金Au，金属电极间的距离约为100μm。
本实施例中，采用实施例1的探测器进行自驱动偏振光探测测试。
本实施例中，圆偏振光通过旋转四分之一波片得到，即在保证样品静止以及照射偏振激光强度不变的前提下，在405nm光依次通过偏振片5和四分之一波片4，从探测器的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)入射到探测器中国，然后以每秒10度的速度旋转四分之一波片。当405nm光通过偏振片5后，然后通过四分之一波片，当偏振方向与波片快(慢)轴一致时，出射光为线偏振光；当偏振方向与波片快(慢)轴成45°时，出射光为圆偏振光；当偏振方向与波片快(慢)轴成其他任意角时，出射光为椭圆偏振光。
本实施例中，圆偏振光的探测器通过记录光电流随四分之一波片旋转角度的变化实现。图4为随着旋转四分之一波片光电流的大小变化。同时，当外加电场可以实现手性的翻转，改变对左、右旋光的响应情况。
上述实施例的探测器中，无需外加偏压，在圆偏振光的激发下即可产生随偏振角度变化的光电流。
综上所述，本发明制备了一种制备方法简单、制作成本低的圆偏振光探测器。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器，其特征在于：所述的铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器包括绝缘基底层(1)，在所述的绝缘基底层(1)的一侧面上设置具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)以及镀制在所述卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)外侧自由面的一组金属电极组(3)。
2.根据权利要求1所述的一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器，其特征在于：所述的绝缘基底层(1)由玻璃、云母或者PET制成。
3.根据权利要求1所述的一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器，其特征在于：所述的具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)由(乙胺)4Pb3Br10单晶、(正丁胺)2CsPb2Br7单晶或者(正丁胺)2甲胺Pb2Br7单晶制成。
4.根据权利要求1所述的一种铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器，其特征在于：所述的金属电极组(3)包括距离为10μm-100μm且由金或银制成的源电极和漏电极。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的铁电体圆偏振光伏效应驱动圆偏振光探测器的制备方法，包括如下步骤：将绝缘基底层(1)先后依次于去离子水、丙酮和乙醇中超声波清洗15-20分钟，最后用氮气枪吹干；接着将具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)粘合到绝缘基底层(1)的一侧面；接着在具有旋光活性的卤化物钙钛矿铁电体单晶片层(2)的外侧自由面采用真空热蒸发法蒸镀上金属电极组(3)的金属，即得。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220211 |
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