CN115633510B - 钙钛矿紫外-x射线焦平面阵列探测器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及一种钙钛矿紫外‑X射线焦平面阵列探测器及其制备方法，该焦平面阵列探测器包括阵列排布的探测单元，每个探测单元均包括：第一电极；钙钛矿层，设置于第一电极的一侧；第二电极，设置于钙钛矿层背离第一电极的一侧。通过使用具有优异光电性能的钙钛矿材料作为该焦平面阵列探测器的光电敏感材料，使得该探测器能够探测紫外‑X射线波段光谱；并且该探测器的垂直结构能够降低焦平面像素点之间的信号串扰，进一步减小焦平面阵列的暗电流强度，进而增强光电响应，以此提升探测器的探测性能。进一步地，该探测器中的膜层可以采用滴涂、旋涂、喷涂等方法制备，信号耦合过程无需倒装键合工艺，从而有利于降低制备成本和增加制备成功率。

Description

钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器及其制备方法

技术领域

本公开涉及光电传感器和纳米半导体材料技术领域，尤其涉及一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器及其制备方法。

背景技术

目前，非晶硒(a-Se)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等紫外探测器、X射线探测器在市场上比较成熟，但这几种材料的探测器所能检测的波长范围较短，不能同时包含紫外和X射线波段。同时材料制备困难，需要在高真空环境中多次进行外延生长，制备流程复杂且时间较长，成本较高。这几种材料与基于互补性金属氧化物半导体技术制作的焦平面阵列读出电路进行信号耦合时，需要的工艺复杂且设备投入费用较高，并且由于其生产速率慢，导致存在大规模焦平面阵列键合成功率低的痛点。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器及其制备方法。

本公开提供了一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器，包括阵列排布的探测单元，每个所述探测单元均包括：

第一电极；

钙钛矿层，设置于所述第一电极的一侧；

第二电极，设置于所述钙钛矿层背离所述第一电极的一侧。

可选地，所述探测单元还包括：

空穴传输层，设置于所述钙钛矿层与所述第一电极之间；

电子传输层，设置于所述钙钛矿层与所述第二电极之间。

可选地，所述探测单元还包括：

空穴阻挡缓冲层，设置于所述电子传输层与所述第二电极之间。

可选地，所述探测单元还包括：

电子阻挡缓冲层，设置于所述空穴传输层与所述第一电极之间。

可选地，该焦平面阵列探测器还包括：

焦平面阵列读出电路，包括阵列排布的像素区域；

每个所述探测单元设置在对应的一个所述像素区域内。

可选地，所述焦平面阵列读出电路包括：

在每个所述像素区域内设置的中心像素电极和公共地电极；

所述中心像素电极与所述第一电极为同一电极；

所述公共地电极与所述第二电极连接。

可选地，该焦平面阵列探测器还包括：

信号处理电路，与所述焦平面阵列读出电路连接；

所述信号处理电路用于基于所述焦平面阵列读出电路传输的光电响应信号，确定目标探测物的信息。

本公开还提供了一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器的制备方法，所述方法用于制备形成上述任一种焦平面阵列探测器；所述方法包括：

形成阵列排布的探测单元；

其中，形成所述探测单元，包括：

形成第一电极；

在所述第一电极的一侧形成钙钛矿层；

在所述钙钛矿层背离所述第一电极的一侧形成第二电极。

可选地，该方法还包括：

提供焦平面阵列读出电路；所述焦平面阵列读出电路包括阵列排布的像素区域；

所述形成阵列排布的探测单元，包括：在单个像素区域内形成一个所述探测单元；

所述形成第一电极，包括：基于蒸镀或溅射中的至少一种方式，在所述焦平面阵列读出电路的像素区域内形成所述第一电极；

所述形成钙钛矿层，包括：基于滴涂、喷涂、旋涂、刀刮和墨水打印中的至少一种方式，在所述第一电极的背离所述焦平面阵列读出电路的一侧形成所述钙钛矿层；

所述形成第二电极，包括：基于蒸镀或溅射中的至少一种方式，在所述钙钛矿层背离所述第一电极的一侧形成所述第二电极。

可选地，该方法还包括：

在所述形成钙钛矿层之前，在第一电极的一侧形成空穴传输层；

在所述形成第二电极之前，在所述钙钛矿层背离所述空穴传输层的一侧依次层叠的形成电子传输层和空穴阻挡缓冲层。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器，包括阵列排布的探测单元，每个探测单元均包括：第一电极；钙钛矿层，设置于第一电极的一侧；第二电极，设置于钙钛矿层背离第一电极的一侧。基于钙钛矿具有较高的原子序数、高能辐射光谱的强吸收、高光致发光和量子产率的特性，以及钙钛矿材料能够同时检测紫外和X射线波段光谱，且制备钙钛矿材料的方法简单、制备速度快，因此其成为大规模制备紫外-X射线探测器的优选材料。由此，通过使用具有优异光电性能的钙钛矿材料作为紫外-X射线探测器的光电敏感材料，使得该探测器能够探测紫外-X射线波段光谱；并且该探测器的垂直结构能够降低焦平面像素点之间的信号串扰，进一步减小焦平面阵列的暗电流强度，进而增强光电响应，以此提升探测器的探测性能。进一步地，该探测器中的膜层可以采用滴涂、旋涂、喷涂等方法制备，信号耦合过程无需倒装键合工艺，从而有利于降低制备成本和增加制备成功率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种焦平面阵列读出电路的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种探测单元的结构示意图；

图3为本公开实施例提供的另一种探测单元的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的又一种探测单元的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的一种焦平面阵列探测器的结构示意图；

图6为本公开实施例提供的另一种焦平面阵列探测器的结构示意图；

图7为本公开实施例提供的一种焦平面阵列探测器的制备方法的流程示意图。

其中，10、探测单元；11、第一电极；12、钙钛矿层；13、第二电极；14、空穴传输层；15、电子传输层；16、空穴阻挡缓冲层；17、像素区域；101、公共地电极；102、焦平面阵列读出电路；103、焦平面阵列读出电路内部电路的参考电压(即V_erf)。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

首先，结合相关背景，对现有技术存在的缺陷和本申请的改进点进行说明。

随着科技的进步，紫外探测器在军事和民用各个领域都有广泛的应用，例如紫外光通讯，火焰探测，导弹羽焰检测等。虽然半导体材料碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等成为常见的紫外光电探测器的探测材料，但是宽带隙半导体材料紫外探测器性能受到表面缺陷的限制，这导致光电流恢复缓慢，致使紫外探测器的响应速度也较慢。因此，以上缺陷使得紫外探测器的光电流产生和恢复速度都比较缓慢，所以其在光电响应度、响应时间方面仍存在一定的不足，并且其吸光度较低、制备工艺复杂以及高质量的材料较难生长，进一步阻碍了高响应度紫外光电探测器的发展。

另外，X射线在军事、医疗卫生、科学及工农业等各方面也都有广泛的应用，传统X射线探测材料通常是硅(Si)、碲化镉锌(CdZnTe)、汞(II)碘化物(HgI₂)以及非晶硒(a-Se)等，但是这些材料的原子序数、迁移率和寿命相对于钙钛矿材料较小，并且需要外延生长等繁琐高成本工序进行制备和使用体积庞大、脆弱的外部配置。

因此，基于现有紫外-X射线探测器，如碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等材料只能检测紫外光，且由于存在表面缺陷等缺点致使其对紫外光响应较小、灵敏度较低，而碲化镉锌(CdZnTe)、汞(II)碘化物(HgI₂)等材料只能探测X射线，其光谱吸收和对X射线的响应度都较低，并且由于具有较复杂的加工流程，导致其增加了加工成本，所以不适合制备面积较大的单个器件。

针对上述技术问题中的至少一个，本公开实施例提出一种基于钙钛矿材料的探测器，钙钛矿材料在合成的过程中制备过程简单、流程较短且制备速度快，其中，在合成和生长的过程中，调控合成的参数能够精准控制材料的参数，并且钙钛矿材料的质量稳定。同时，在合成过程中能够摆脱高真空度的合成环境以及价格昂贵的合成设备，进而极大的降低了材料合成成本。基于钙钛矿材料的制作工艺简便所以加工成本较低，致其适合大批量生产。

此外，钙钛矿材料相比于传统材料还具有高原子序数(例如，CsPbBr₃的原子序数为56.4)、高能辐射光谱的强吸收、高光致发光量子产率、高载流子迁移率、长载流子寿命及优良的光学特性等优点，所以非常适合做X射线探测器，且可以进一步发展体积小、超薄超柔性、高灵敏度、双面检测的X射线探测器。其中，高灵敏度不仅和焦平面阵列有关，还与高载流子迁移率、高光致发光量子产率这两方面有关，迁移率比较高的话，光电响应就会非常快，因此灵敏度就会非常高。双面检测指的是，如果材料透明的话，进而制备的基底也可以是透明的，不仅可以从基底上方检测光线，也可以从基底下方入射的光线进行检测，即形成双面检测。不难理解的是，对于传统材料的制备过程来说，传统材料通常使用外延生长技术进行制备，即使传统材料生长成块体状，形成的块体状不仅非常坚硬而且很厚，所以体积无法制备的较小，导致其柔性也较差。对于钙钛矿材料的制备过程来说，可以采用很多方法去合成钙钛矿，如可以通过生长、热注射以及一些其他方法进行合成，通过使用钙钛矿材料能够把探测器器件做的非常薄，所以也可以把钙钛矿材料做到一些柔性器件上，相对于传统材料而言其更加柔软，能够实现百纳米级的一种厚度。结合以上几点，体现了体积小、超薄超柔性、高灵敏度、双面检测的X射线探测器的特性，而且钙钛矿材料能够同时检测紫外和X射线波段光谱，且制备钙钛矿材料的方法简单，因而其成为制备紫外-X射线探测器的优选材料。

不仅如此，通过滴涂、旋涂、喷涂等方法能够实现钙钛矿材料与焦平面阵列读出电路的信号耦合，突破倒装键合体制对阵列规模的限制；另一方面，钙钛矿材料可以把单个探测器的面积做的很大，再加上钙钛矿材料的制备速度非常快，而且成本比较低，所以它适合大批量生产，进一步地，能够实现大批量制备紫外-X射线焦平面阵列的探测器。基于此，钙钛矿材料能够很好的解决制备焦平面阵列所遇到的如光电响应弱、探测波段窄及应用成本高等问题。

下面结合附图，对本公开实施例提供的钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器及其制备方法进行示例性说明。

示例性地，图1为本公开实施例提供的一种焦平面阵列读出电路的结构示意图。参照图1，图1中示出焦平面阵列读出电路按照6行6列的划分方式，在其上方划分为阵列排布的矩形形状的像素区域17。并且每个像素区域17内均对应的设置一个探测单元10，以此在每个探测单元10中形成所需的薄膜结构。在需要说明的是，在其他实施方式中，还可以根据所需制备的焦平面阵列探测器，设置其他数量和形状的像素区域，例如，可以设置为3行3列、4行4列或其他数量和排列形式，也可以设置为圆形、椭圆形或其他形状，在此均不进行限定。

在一些实施例中，图2为本公开实施例提供的一种探测单元的结构示意图。在图1的基础上，参照图2，每个探测单元10均包括：第一电极11；钙钛矿层12，设置于第一电极11的一侧；第二电极13，设置于钙钛矿层12背离第一电极11的一侧。

其中，第一电极11为每个探测单元10中薄膜结构的底电极，即作为焦平面基底(即焦平面阵列读出电路)像素点的中心像素电极。示例性地，第一电极11可以为镍、铬、钛、氧化铟锡、金、铂、银、铝、锌中的一种或多种。

其中，钙钛矿层12为基于光信号响应生成光生载流子的膜层。示例性地，钙钛矿层12中产生光电响应，生成的光生载流子包括电子和空穴。需要说明的是，钙钛矿的化学表达式为ABX₃，其中A为甲胺、甲脒、铯中的一种或多种，B为Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺中的任意一种离子，X为卤素离子氯、溴、碘的其中一种或多种。需要说明的是，钙钛矿材料能够直接对不同尺寸的晶圆级别焦平面阵列和不同尺寸焦平面阵列读出电路102进行修饰，无视原有工艺中焦平面阵列面积增大带来的限制，表明此项工艺能够适用于大批量自动化生产。

其中，第二电极13为每个探测单元10中薄膜结构的顶电极，与焦平面基底(即焦平面阵列读出电路)的公共地电极101连接。示例性地，第二电极13为镍、铬、钛、氧化铟锡、金、铂、银、铝、锌中的一种或多种。

需要说明的是，以图2示出的方位和结构为例，钙钛矿层12形成于第一电极11的上方；在此基础上，向上进一步设置第二电极13，以形成焦平面阵列探测器的一种结构。

本公开实施例提供的钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器中，通过将第一电极11、钙钛矿层12及第二电极13依次垂直层叠在一起，使紫外线、X射线入射到探测器上时，钙钛矿受到紫外线、X射线的照射，进而在钙钛矿层12中激发出电子和空穴并转换为载流子。同时，使用具有优异光电性能的钙钛矿材料作为紫外-X射线探测器的光电敏感材料，使该探测器能够探测紫外-X射线波段光谱。并且该探测器的垂直结构能够降低焦平面像素点之间的信号串扰，进一步减小焦平面阵列的暗电流强度，进而增强光电响应，以此提升探测器的探测性能。

在一些实施例中，图3为本公开实施例提供的另一种探测单元的结构示意图。在图2的基础上参照图3，结合上文，探测单元10还包括：空穴传输层14，设置于钙钛矿层12与第一电极11之间；电子传输层15，设置于钙钛矿层12与第二电极13之间。

其中，空穴传输层14为用于传输空穴的膜层，示例性地，空穴传输层14可由NiO_x(氧化镍)、PEDOT:PSS、CuI₂(碘化铜)组成，其中，PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。需要说明的是，PEDOT:PSS是一种高分子聚合物，通常以水溶液的形式存在，具有高导电率及导电率可调的特性，PEDOT和PSS这两种物质在一起极大的提高了PEDOT的溶解性，且水溶液导电物主要应用于空穴传输层。

其中，电子传输层15为用于传输电子的膜层，示例性地，电子传输层15可为PCBM[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester、氧化锌(ZnO)、氧化镁锌(ZnMgO)、二氧化锡(SnO₂)中的一种。

在一些实施例中，图4为本公开实施例提供的又一种探测单元的结构示意图。在图2和图3的基础上参照图4，探测单元10还包括：空穴阻挡缓冲层16，设置于电子传输层15与第二电极13之间。

其中，空穴阻挡缓冲层16为用于阻挡和减少空穴注入的膜层，示例性地，空穴阻挡缓冲层16为二氧化钛(TiO₂)，其中，二氧化钛(TiO₂)具有高电子亲和力以及较低的导带水平，因此能够传输电子以及阻挡空穴，并且其可以降低材料表面的粗糙度，提高覆盖率，降低暗电流，进而改善电子信号的传输。其中，空穴阻挡缓冲层16由于可以降低材料表面的粗糙度，因此当粗糙度降低之后，所形成的膜层会比较薄，基于整体膜层为垂直结构，形成的膜层越薄，则距离越短，导致暗电流越低，即生成的载流子传输的越快，相应的，响应度也会越快。

在一些实施例中，探测单元10还包括：电子阻挡缓冲层(图中未示出)，设置于空穴传输层14与第一电极11之间。

其中，电子阻挡缓冲层为用于阻挡和减少电子注入的膜层，在此，关于电子阻挡缓冲层可以选取本领域技术人员可知的其他材料进行制备，在此不进行赘述和限定。

在一些实施例中，图5和图6分别为本公开实施例提供的两种焦平面阵列探测器的结构示意图。结合上文，在图1的基础上，参照图5和图6，基于上文提及的任一种焦平面阵列探测器，还包括：焦平面阵列读出电路102，包括阵列排布的像素区域17；每个探测单元10设置在对应的一个像素区域17内。

其中，焦平面阵列读出电路102为用于传输光电效应产生的电信号的电路基底，关于焦平面阵列读出电路102的具体规格在此不做具体限定。

在一些实施例中，焦平面阵列读出电路102包括：在每个像素区域17内设置的中心像素电极和公共地电极101；中心像素电极与第一电极为同一电极；公共地电极101与第二电极13连接。

示例性地，公共地电极101与第二电极13之间的连接通道可采用掩膜避开的方式形成，例如，当采用蒸镀的方式形成膜层时，则可采用掩膜的方式将对应区域避开，从而形成电连接通道；或者，该连接通道可以采用先成膜后去除的方式形成，例如，当其他膜层全部形成后，可以通过腐蚀、光刻、擦掉或者其他方式将已形成的膜层的对应区域去除掉，以形成所需的电连接通道，在此不做限定。

其中，焦平面阵列读出电路102用于形成探测单元10的一侧设置多个像素区域17(即像素点)，阵列排布的像素区域17的数量为若干个，像素区域17越多则探测器最终的成像越清晰，所以能够让本公开实施例中的钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器的成像非常清楚。每个像素区域17内都设置有一个对应的探测单元10，在此基础上，每个像素区域17内的中心像素电极与对应的探测单元10中的第一电极11为同一电极，每个像素区域17内的公共地电极101与对应的探测单元10中的第二电极13连接，以此形成钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器。

其中，参照图5和图6，焦平面阵列读出电路102中还包括内部电路，内部电路和第一电极11连接，用以传输第一电极11输出的电信号到外部读出电路(即信号处理电路)。需要说明的是，图中示出了焦平面阵列读出电路内部电路的参考电压103。

示例性地，图5为本公开实施例提供的一种焦平面阵列探测器的结构示意图。参照图5，当紫外线、X射线入射到探测器上时，钙钛矿受到紫外线、X射线的照射，然后在钙钛矿层12中激发出电子和空穴，并转换为载流子。在此过程中，钙钛矿层的电阻率发生变化，在底电极处施加工作电压，转换而成的载流子在电场的作用下分别向第一电极11和第二电极13这两个方向上进行移动，最终被第一电极11和第二电极13收集，并通过第一电极11输出电信号，输出的电信号经焦平面阵列读出电路102中的信号线传输到外部读出电路(即信号处理电路)。不难理解的是，钙钛矿层12只用一种尺寸的材料就可以进行响应，即一种尺寸的钙钛矿材料就可以响应紫外线、X射线这两种波段的光谱，钙钛矿这种材料本身的晶体尺寸是不影响其对紫外线和X射线这两种波段的响应的，即各个尺寸的钙钛矿材料晶体都可以对其进行响应，是由钙钛矿材料自身的特性所决定的。

示例性地，图6为本公开实施例提供的另一种焦平面阵列探测器的结构示意图。参照图6，当紫外线、X射线入射到探测器上时，钙钛矿受到紫外线、X射线的照射，然后在钙钛矿层12中激发出电子和空穴(即电子空穴对)，并转换为载流子，同时在探测器内部形成内建电场，进而驱动电子和空穴向第一电极11和第二电极13移动。在第一电极11处施加工作电压，载流子在电场作用下分别向探测器上下两侧进行移动，最终被第一电极11和第二电极13收集，并通过第一电极11输出电信号，输出的电信号经焦平面阵列读出电路102中的信号线传输到外部读出电路(即信号处理电路)。

结合上文提及的工作原理，该垂直结构中经过光电响应生成的载流子在电场作用下定向漂移，然后被第一电极11和第二电极13(可为金属电极)收集为电信号，不会对焦平面阵列读出电路102中其他的像素区域产生串扰。通过将钙钛矿材料与硅基电路相结合，拓宽了硅基电路的响应光谱至紫外和X射线波段，实现了高清晰度、高响应的钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器。

在一些实施例中，还包括：信号处理电路(图中未示出)，与焦平面阵列读出电路102连接；信号处理电路用于基于焦平面阵列读出电路102传输的光电响应信号，确定目标探测物的信息。

本公开实施例提供的钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器中，通过将第一电极11、钙钛矿层12及第二电极13依次垂直层叠在一起，使紫外线、X射线入射到探测器上时，钙钛矿受到紫外线、X射线的照射，进而在钙钛矿层12中激发出电子和空穴并转换为载流子。同时，使用具有优异光电性能的钙钛矿材料作为紫外-X射线探测器的光电敏感材料，使该探测器能够探测紫外-X射线波段光谱。并且该探测器的垂直结构能够降低焦平面像素点之间的信号串扰，进一步减小焦平面阵列的暗电流强度，进而增强光电响应，以此提升探测器的探测性能。

在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器的制备方法，该制备方法可应用上述实施方式提供的任一种焦平面阵列探测器实现，具有相应的有益效果。

在一些实施例中，图7为本公开实施例提供的一种焦平面阵列探测器的制备方法的流程示意图。参照图7，该方法包括：形成阵列排布的探测单元10；其中，形成探测单元10，包括：

S21、形成第一电极。

结合上文，示例性地，第一电极11作为焦平面阵列读出电路102的中心像素电极，也作为形成的探测单元10的薄膜结构中的底电极。在其他实施方式中，第一电极11也可采用一个工艺步骤形成制备，在此不限定。

示例性地，第一电极11的材料可以为氧化铟锡(即Indium Tin Oxide，ITO)，其为一种N型半导体材料，具有高导电率、高可见光透过率、高机械硬度和化学稳定性。例如，ITO可采用物理真空方法蒸镀形成，即第一电极11为ITO导电层。示例性地，第一电极11的厚度可为50nm、60nm、40nm、40～60nm或其他厚度值或厚度范围，在此不限定。

在其他实施方式中，第一电极11还可以采用本领域技术人员可知的其他材料，在此不赘述也不限定。

S22、在第一电极的一侧形成钙钛矿层。

示例性地，钙钛矿层12可由滴涂、喷涂、旋涂、刀刮法、墨水打印法中的一种或多种方法在第一电极11上制备。结合上文，其与焦平面阵列读出电路102能通过一步涂覆法(即滴涂、喷涂、旋涂等方法)进行信号耦合，突破现有的倒装键合体制，减少使用低成功率的对准步骤和压力绑定工艺，通过涂覆法进一步增加了制备成功率，因此降低了制备成本。在其他实施方式中，钙钛矿层12还可以采用本领域技术人员可知的其他制备方法，在此不赘述也不限定。

S23、在钙钛矿层背离第一电极的一侧形成第二电极。

其中，结合上文提及的结构和方位，第二电极13在钙钛矿层12垂直层叠在第一电极11上方后，形成于钙钛矿层12上方。示例性地，第二电极13通过利用蒸镀、溅射中的任意一种方法在钙钛矿层12上进行制备。

本公开实施例提供的钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器的制备方法，基于形成阵列排布的探测单元，形成第一电极、在第一电极的一侧形成钙钛矿层以及在钙钛矿层背离第一电极的一侧形成第二电极。基于以上步骤形成的结构，当紫外线、X射线入射到探测器上，钙钛矿受到紫外线、X射线的照射，进而在钙钛矿层中激发出电子和空穴，并转换为载流子。此外，按照以上方法形成的钙钛矿层能够使该探测器同时探测紫外和X射线波段光谱。并且利用该探测器的垂直结构能够降低焦平面像素点之间的信号串扰，进一步减小焦平面阵列的暗电流强度，进而增强光电响应，以此提升探测器的探测性能。进一步地，在此过程中，采用滴涂、喷涂、旋涂等方法制备形成各个膜层，且钙钛矿材料的制作工艺简便使得总体上加工成本较低、制备速度快，以及在信号耦合中无需倒装键合工艺，使该焦平面阵列探测器适合大批量生产。

在一些实施例中，该方法还包括：

提供焦平面阵列读出电路102；焦平面阵列读出电路102包括阵列排布的像素区域17；形成阵列排布的探测单元10，包括：在单个像素区域17内形成一个探测单元10；形成第一电极11，包括：基于蒸镀或溅射中的至少一种方式，在焦平面阵列读出电路的像素区域17内形成第一电极11；形成钙钛矿层12，包括：基于滴涂、喷涂、旋涂、刀刮和墨水打印中的至少一种方式，在第一电极11的背离焦平面阵列读出电路102的一侧形成钙钛矿层12；形成第二电极13，包括：基于蒸镀或溅射中的至少一种方式，在钙钛矿层12背离第一电极11的一侧形成第二电极13。

其中，焦平面阵列读出电路102像素区域的排布方式和形成的探测单元10的排布方式相对应，都为阵列排布的方式，即一个像素区域17对应形成一个探测单元10，探测单元10上形成垂直层叠的薄膜结构，由下至上形成：第一电极11、钙钛矿层12及第二电极13。

在其他实施方式中，第一电极11、钙钛矿层12及第二电极13的制备还可以采用本领域技术人员可知的其他制备方法，在此不限定。

在一些实施例中，该方法还包括：在形成钙钛矿层12之前，在第一电极11的一侧形成空穴传输层14；在形成第二电极13之前，在钙钛矿层12背离空穴传输层14的一侧依次层叠的形成电子传输层15和空穴阻挡缓冲层16。

其中，结合上文，探测单元10上形成垂直层叠的薄膜结构，由下至上还可以形成：第一电极11、空穴传输层14、钙钛矿层12、电子传输层15、空穴阻挡缓冲层16及第二电极13。

示例性地，电子传输层15可以由滴涂、喷涂、旋涂方法中的一种或者多种方法在钙钛矿层12上进行制备；空穴传输层14可以由蒸镀、喷涂、旋涂方法中的一种或者多种方法在第一电极11上进行制备；空穴阻挡缓冲层16可以由喷涂、蒸镀、旋涂方法中的一种或者多种方法在钙钛矿层12上进行制备。需要说明的是，在已经形成的空穴阻挡缓冲层16上形成第二电极13时，第二电极13还可以采用光刻的方式进行制备。由于每个探测单元10相互独立，根据需要在每个探测单元10上形成对应的薄膜结构的制备需求，即在已经形成好的一整个膜层上，通过掩膜板来掩膜并利用合适的光源进行曝光，去除膜层上的对应区域以划分成为每个探测单元对应的薄膜，据此实现了光刻过程。基于此，每个探测单元10的各膜层之间形成了一种垂直结构，能够降低焦平面像素点之间的信号串扰，进一步减小焦平面阵列的暗电流强度，进而增强光电响应，以此提升探测器的探测性能。

在其他实施方式中，以上提及的各个膜层均可以采用本领域技术人员可知的其他制备方法制备而成，在此不赘述也不限定。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器，其特征在于，包括阵列排布的探测单元，每个所述探测单元均包括：

第一电极；

钙钛矿层，设置于所述第一电极的一侧；

第二电极，设置于所述钙钛矿层背离所述第一电极的一侧；

所述探测单元还包括：

焦平面阵列读出电路，包括阵列排布的像素区域；

每个所述探测单元设置在对应的一个所述像素区域内；

在每个所述像素区域内设置的中心像素电极和公共地电极；

所述中心像素电极与所述第一电极为同一电极；

所述公共地电极与所述第二电极连接；

所述钙钛矿层的材料为ABX₃，其中，A为甲胺、甲脒、铯中的一种或多种，B为Pb²⁺、Sⁿ²⁺、Ge^{2 +}中的任意一种离子，X为卤素离子氯、溴、碘的其中一种或多种；

所述钙钛矿层为基于滴涂、喷涂、旋涂、刀刮和墨水打印中的至少一种方式形成的钙钛矿层。

2.根据权利要求1所述的焦平面阵列探测器，其特征在于，所述探测单元还包括：

空穴传输层，设置于所述钙钛矿层与所述第一电极之间；

电子传输层，设置于所述钙钛矿层与所述第二电极之间。

3.根据权利要求2所述的焦平面阵列探测器，其特征在于，所述探测单元还包括：

空穴阻挡缓冲层，设置于所述电子传输层与所述第二电极之间。

4.根据权利要求2或3所述的焦平面阵列探测器，其特征在于，所述探测单元还包括：

电子阻挡缓冲层，设置于所述空穴传输层与所述第一电极之间。

5.根据权利要求1所述的焦平面阵列探测器，其特征在于，还包括：

信号处理电路，与所述焦平面阵列读出电路连接；

所述信号处理电路用于基于所述焦平面阵列读出电路传输的光电响应信号，确定目标探测物的信息。

6.一种钙钛矿紫外-X射线焦平面阵列探测器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备形成权利要求1-5任一项所述的焦平面阵列探测器；所述方法包括：

形成阵列排布的探测单元；

其中，形成所述探测单元，包括：

形成第一电极；

在所述第一电极的一侧形成钙钛矿层；

在所述钙钛矿层背离所述第一电极的一侧形成第二电极；

所述探测单元，还包括：

焦平面阵列读出电路，包括阵列排布的像素区域；

每个所述探测单元设置在对应的一个所述像素区域内；

在每个所述像素区域内设置的中心像素电极和公共地电极；

所述中心像素电极与所述第一电极为同一电极；

所述公共地电极与所述第二电极连接；

所述钙钛矿层的材料为ABX₃，其中，A为甲胺、甲脒、铯中的一种或多种，B为Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺中的任意一种离子，X为卤素离子氯、溴、碘的其中一种或多种；

所述形成钙钛矿层，包括：基于滴涂、喷涂、旋涂、刀刮和墨水打印中的至少一种方式，在所述第一电极的背离所述焦平面阵列读出电路的一侧形成所述钙钛矿层。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

提供焦平面阵列读出电路；所述焦平面阵列读出电路包括阵列排布的像素区域；

所述形成阵列排布的探测单元，包括：在单个像素区域内形成一个所述探测单元；

所述形成第一电极，包括：基于蒸镀或溅射中的至少一种方式，在所述焦平面阵列读出电路的像素区域内形成所述第一电极；

所述形成钙钛矿层，包括：基于滴涂、喷涂、旋涂、刀刮和墨水打印中的至少一种方式，在所述第一电极的背离所述焦平面阵列读出电路的一侧形成所述钙钛矿层；

所述形成第二电极，包括：基于蒸镀或溅射中的至少一种方式，在所述钙钛矿层背离所述第一电极的一侧形成所述第二电极。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述形成钙钛矿层之前，在第一电极的一侧形成空穴传输层；

在所述形成第二电极之前，在所述钙钛矿层背离所述空穴传输层的一侧依次层叠的形成电子传输层和空穴阻挡缓冲层。

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