CN115939237A - 双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法 - Google Patents

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CN115939237A CN202211431204.1A CN202211431204A CN115939237A CN 115939237 A CN115939237 A CN 115939237A CN 202211431204 A CN202211431204 A CN 202211431204A CN 115939237 A CN115939237 A CN 115939237A
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唐鑫
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Abstract

本公开实施例涉及一种双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：基底；第一电极，设置在基底的一侧；量子点层，设置在第一电极背离基底的一侧；第二电极，设置在量子点层背离第一电极的一侧；其中，量子点层包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，通过将各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，利于提升器件性能及实现超宽光谱的光伏型光电探测器。

Description

双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法
技术领域
本公开涉及光电传感技术领域，尤其涉及一种双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法。
背景技术
在光电探测领域中，红外光电探测器被广泛应用于热成像、材料光谱分析、自动驾驶助手、监测和生物健康监测等领域。
其中，在传统的红外商业光电探测器中，主要采用分子束外延技术进行制备，再通过倒装键合的方式与硅基读出电路耦合。但是采用这样的加工方法导致制备周期长，生产速率慢且材料加工成本高，同时倒装键合的方式键合成功率低，所以基于其制备复杂性高、产量低、成本高，使得其应用范围受限，一般仅限于军事和科学研究，而无法进行大规模应用。对此，通过使用碲化汞(HgTe)胶体量子点替代外延半导体而制备的短波、中波光伏型红外探测器，由于采用异质结进行掺杂，使得异质结中的掺杂层与量子点层材料的类型不同，存在晶格不匹配以及界面传输的问题，会影响光生载流子的传输效率，进而影响器件的性能。
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，本公开提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法。
本公开提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：
基底；
第一电极，设置在所述基底的一侧；
量子点层，设置在所述第一电极背离所述基底的一侧；
第二电极，设置在所述量子点层背离所述第一电极的一侧；
其中，所述量子点层包括沿所述第一电极指向所述第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；
所述第一类型为N型，所述第二类型为P型，且沿所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大；或者，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型，且沿着所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次减小。
本公开还提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器的制备方法，用于制备以上任一种所述的探测器；所述方法包括：
提供基底；所述基底的一侧形成有第一电极；
基于液相配体交换制备至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点；
利用液相配体交换制备的量子点，在所述第一电极背离所述基底的一侧依次形成量子点层，并进行固态配体交换；所述量子点层包括至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；
在所述量子点层背离所述第一电极的一侧形成第二电极。
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双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：基底；第一电极，设置在基底的一侧；量子点层，设置在第一电极背离基底的一侧；第二电极，设置在量子点层背离第一电极的一侧；其中，量子点层包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，通过将各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，与相关技术中基于异质结的光电探测器相比，不存在材料类型不同以及晶格失配的问题，从而不同层之间的晶格匹配性较好，光生载流子在不同层之间的界面传输较好，使器件收集到更多的光生载流子以提升光电流，有利于提升器件性能以及进一步的实现超宽光谱的光伏型光电探测器。
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量子点光伏型探测器的结构示意图；
图2为本公开实施例另一种量子点光伏型探测器的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器FET(场效应晶体管)掺杂测试结果示意图；
图4为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的能带结构示意图；
图5为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的光吸收谱示意图；
图6为本公开实施例提供的带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结对应的IV曲线示意图；
图7为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器归一化的光谱响应示意图；
图8为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的制备方法的流程示意图；
图9为图8示出的方法中，S24中形成量子点层的一种细化流程示意图；
图10为本公开实施例提供的掺杂调控量子点的制备流程示意图。
其中，110、基底；120、第一电极；130、量子点层；140、第二电极；131、第一类型量子点层；132、弱第一类型量子点层；133、本征型量子点层；134、弱第二类型量子点层；135、第二类型量子点层；136、第一本征型量子点层；137、第二本征型量子点层；138、第三本征型量子点层。
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，以及针对此进行改进而提出的本公开实施例的方案进行简要说明。
在光电传感技术领域，红外探测器被广泛应用于热成像、材料光谱分析、自动驾驶助手、监测和生物健康监测等领域。随着对高灵敏度、低成本、可扩展的能够区分一致光谱信息的器件的需求不断增加，红外多光谱成像技术引起了人们的极大兴趣。因此，在快速响应和高灵敏度需求的驱动下，光子探测器逐渐占据了红外探测技术的主导地位。但是，这种探测器的广泛使用仍然会受到高成本外延半导体的限制，这些设备的制造复杂性高、产量低、成本高，如目前主要的商业红外光电探测器是基于一些成熟的外延材料，例如碲镉汞(MCT)、InSb、量子阱和ii型超晶格等，并且主要采用分子束外延技术，先通过外延法生长铟柱，再通过倒装键合的方式与硅基读出电路耦合。这样的加工方法周期长，生产率慢且材料加工成本高，同时倒装键合的方式键合成功率低，基于块体材料生长困难、技术要求高、成本昂贵等缺陷，限制了其应用范围，使其未能进行大规模民用生产，因此其应用仅限于科研和军事的相关研究。
针对于此，碲化汞胶体量子点(HgTe CQD)由于具有合成可扩展性、机械灵活性、广谱可调性等优点，且其吸收边覆盖了主要的大气窗口，如包括短波红外(SWIR，波长1.5-2.5m)、中波红外(MWIR，波长3-5m)以及长波红外(LWIR，波长8-12m)，所以其可以作为外延半导体的替代品。在过去十年对关于胶体量子点光伏型红外探测器的研究进展中，胶体量子点已经成功地应用于短波、中波红外光检测，实现了光导体、光晶体管、异质结光伏器件、光学结构增强器件和具有多结的双波段光伏型器件。
但是，目前的多光谱红外探测器还只是主要专注于双波段检测，如制作的双波段光伏型器件探测的短波为2.3um，中波为4um；在基于胶体量子点制备而成的双波段光伏型红外探测器中，通过将对应短波(2.3um)和中波(4um)这两个波长的量子点在垂直方向进行叠加，使探测器可以检测这两个波段的光探测信息，并且通过异质结掺杂实现了两个反向的PN结(p-n junction)。其中，异质结主要采用的掺杂方式为碲化银(Ag2Te)实现P型掺杂，硒化铋(Bi2Se3)实现N型掺杂。在此，以Ag2Te为例，将Ag2Te旋涂在碲化汞胶体量子点薄膜上,然后银离子(Ag+)可以扩散至碲化汞胶体量子点的薄膜表面，并且在旋涂上Ag2Te后，再用10mM氯化汞/甲醇(HgCl2/MeoH)溶液对其继续进行处理，以促进Ag+的扩散,此方法为固态阳离子交换法。但是，这种异质结掺杂会存在界面传输以及晶格结构不匹配的问题。
另外，上文中的光伏型红外探测器中，碲化汞胶体量子点(HgTe CQD)采用了传统的合成方法，并结合使用固态配体交换的方法处理薄膜表面，具体方法包括：
传统的合成方法：在氮气环境的手套箱内，将化汞(HgCl2)加入油胺(OAM)中，得到混合物；将混合物置于热板下加热，直至氯化汞全部溶解，形成透明的淡黄色溶液，并将温度调至反应所需要的温度，然后迅速注入TOPTe溶液。其中，通过控制反应时间和温度的不同，可以控制量子点的大小。反应结束后迅速加入由三正辛磷(TOP)、四氯乙烯(TCE)、十二硫醇(DDT)组成的淬火溶液，进行冷却反应。
传统的“固态配体交换”方法：在量子点成膜之后，将膜层浸泡在乙二硫醇/盐酸/异丙醇(EdT/HCl/IPA)(三者的体积为1：1：20)溶液中10s后。再用异丙醇(IPA)进行冲洗，量子点薄膜表面配体进行置换。
综上所述，现有技术中存在以下缺陷，并对其进行总结说明。
其一:对于利用分子束外延技术制备的商业红外光电探测器，使用的碲镉汞(MCT)、InSb、量子阱和ii型超晶格等外延材料的价格昂贵，制备技术要求高、生产周期长，因此限制了该探测器的应用范围。
其二:碲化汞胶体量子点的制备简单且成本低廉，虽然光伏型红外探测器在近10年中得到了快速的发展，但是目前的多光谱红外探测器的检测波段还局限在双波段，在1-2.5um短波范围、3-5um中波范围、8-12um长波范围等红外多光谱还有很大的研究潜力。
其三：双波段检测的光伏型红外探测器采用异质结掺杂，由于异质结中的掺杂层与量子点层材料的类型不同，会引起晶格不匹配的问题，进而影响载流子的传输效率。
其四：目前的红外探测器仅采用传统的合成方式以及“固态配体交换”的方法进行制备，但是其会导致较低的迁移率和响应度，从而影响器件的性能，且在量子点成膜后很难再改变量子点的掺杂状态。
基于此可知，使用对传统合成的量子点进行表面配体修饰来控制胶体量子点的排列以及运输特性，如载流子类型，是实现在多个波段工作及分辨多个光谱信息的超宽光谱探测器的一个关键的发展方向。
针对上述缺陷中的至少一个，本公开实施例提出双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法，其中光伏型探测器包括基底；第一电极，设置在基底的一侧；量子点层，设置在第一电极背离基底的一侧；第二电极，设置在量子点层背离第一电极的一侧；其中，量子点层包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，通过将各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，利于提升器件性能及实现超宽光谱的光伏型光电探测器。
下面结合附图，对本公开实施例提供的双梯度调控的量子点光伏型探测器及其制备方法进行示例性说明。
在一些实施例中，图1为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的结构示意图，参照图1，该探测器包括：基底110；第一电极120，设置在基底110的一侧；量子点层130，设置在第一电极120背离基底110的一侧；第二电极140，设置在量子点层130背离第一电极120的一侧；
其中，量子点层130包括沿第一电极120指向第二电极140的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层131、至少一层弱第一类型量子点层132、至少一层本征型量子点层133、至少一层弱第二类型量子点层134以及至少一层第二类型量子点层135；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极120指向第二电极140的方向，各类型量子点层的带隙依次增大；或者，第一类型为P型，第二类型为N型，且沿着第一电极120指向第二电极140的方向，各类型量子点层的带隙依次减小。
示例性地，第一类型为N型时，相应地，第二类型为P型；对应的层叠结构为：N型量子点层、弱N型量子点层、本征型量子点层、弱P型量子点层、P型量子点层。或者，第一类型为P型时，相应的，第二类型为N型；对应的层叠结构为：P型量子点层、弱P型量子点层，本征型量子点层、弱N型量子点层、N型量子点层。
如此，在基于同一中类型的量子点进行掺杂，形成不同掺杂类型的量子点的基础上，基于该不同掺杂类型的量子点形成同质梯度结。
其中，基底110为用于制备PV型器件的基底，示例性地，基底110可以为三氧化二铝(AL2O3)基底。第一电极120形成于基底110的一侧，示例性地，以图1示出的方位为例，第一电极120形成在基底110的上方；在此基础上，量子点层130形成于第一电极120的上方，并在形成的量子点层130上方形成第二电极140，以形成量子点光伏型光电探测器。示例性地，第一电极120可以为氧化铟锡(ITO)电极，第二电极140可以为金层，利用磁控溅射、蒸镀等方式制备而成，在其他实施方式中，还可为本领域技术人员可知的其他电极材料及电极形成方式，在此不限定。
其中，第一类型量子点层131、弱第一类型量子点层132、本征型量子点层133、弱第二类型量子点层134以及第二类型量子点层135为量子点层130包括的各类型的膜层，并且当光照入射时，在量子点层130中会发生光电反应。需要说明的是，各类型的膜层均是带隙和掺杂双调控的膜层，即当第一类型为N型，第二类型为P型时，于第一电极120的上方依次层叠N型量子点层、弱N型量子点层、本征型量子点层、弱P型量子点层以及P型量子点层，并且各类型的膜层的响应波长不同，膜层的带隙由第一电极120指向第二电极140的方向依次增大，由此形成了基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结。
本公开实施例提供的量子点光伏型探测器，通过在探测器中设置基底、第一电极、形成于第一电极上方的量子点层以及第二电极，并且量子点层中包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层，其中第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，使各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，利于提升器件的光电性能及进一步实现超宽光谱的光伏型光电探测器。
在一些实施例中，图2为本公开实施例提供的另一种量子点光伏型探测器的结构示意图。参照图2，至少一层第一类型量子点层131的响应波段为长波，至少一层弱第一类型量子点层132的响应波段为中波；至少一层本征型量子点层133包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的第一本征型量子点层136、第二本征型量子点层137和第三本征型量子点层138，第一本征型量子点层136、第二本征型量子点层137的响应波段均为中波，第三本征型量子点层138的响应波段为短波；至少一层弱第二类型量子点层134的响应波段和至少一层第二类型量子点层135的响应波段均为短波；其中，长波对应的波长等于或大于5微米，中波对应的波长小于5微米，且等于或大于3微米，短波对应的波长小于3微米。
其中，至少一层第一类型量子点层131、至少一层弱第一类型量子点层132、至少一层本征型量子点层133、至少一层弱第二类型量子点层134以及至少一层第二类型量子点层135是按照波长范围和掺杂状态垂直层叠设置的。
示例性地，参照图2所示的方位，在进行层叠设置时，整体膜层按照波长的范围由下至上依次在第一电极120上形成响应波段为长波、中波、短波的不同掺杂状态的量子点层，根据波长范围对应形成了N型、弱N型、本征型、弱P型和P型胶体量子点，即在本征型量子点层133的一侧(图2中本征型量子点层上方)依次形成层叠设置的弱P型量子点层和P型量子点层，在本征型量子点层133另一侧(图2中本征型量子点层下方)依次形成层叠设置的弱N型量子点层和N型量子点层，由此形成光伏型探测器中的PIN同质梯度结。需要说明的是，调控响应波段为长波、中波、短波的不同掺杂状态的量子点层，具体掺杂调控过程在后文中详述。
在一些实施例中，N型量子点层的响应波长为10微米；弱N型量子点层的响应波长为5微米；第一本征型量子点层的响应波长为5微米，第二本征型量子点层的响应波长为3微米，第三本征型量子点层的响应波长为2微米；弱P型量子点层的响应波长为2微米；P型量子点层的响应波长为1.5微米。
示例性地，响应波长为10微米的N型量子点层为长波的第一类型量子点层131，响应波长为5微米的弱N型量子点层为中波的弱第一类型量子点层132，响应波长为5微米的第一本征型量子点层为中波的本征型量子点层133，响应波长为3微米的第二本征型量子点层为中波的本征型量子点层133，响应波长为2微米的第三本征型量子点层为短波的本征型量子点层133，响应波长为2微米的弱P型量子点层为短波的弱第二类型量子点层134，响应波长为1.5微米的P型量子点层为短波的第二类型量子点层135，参照图2所示的方位，在第一电极120上按照由下至上的顺序依次层叠设置。
示例性地，图3为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器FET(场效应晶体管)掺杂测试结果示意图，表示器件中的每层薄膜的掺杂效果。参照图3，其中，横轴X1代表电压，单位为伏特(V)；纵轴Y1代表电流，单位为安(A)；L41、L42、L43、L44、L45、L46、L47分别代表1.5um的P型量子点、2um的弱P型量子点、2um的本征型量子点、3um本征型量子点、5um的本征型量子点、5um的弱N型量子点以及10um的N型量子点所对应的IV曲线，由图3可知，通过在液相配体交换中添加氯化汞或不添加氯化汞这种盐，可将不同波段的量子点调控为所需的掺杂状态。
示例性地，图4为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的能带结构示意图。参照图4，其中，51代表导带的底能级(EC)，52代表价带的顶能级(Ev)，这两条能级之间的差值就是能带带隙，53代表费米面(EF)，54代表对应于10um的N型量子点层的导带和价带，55代表对应于5um的弱N型量子点层的导带和价带，56代表对应于5um的本征型量子点层的导带和价带，57代表对应于3um本征型量子点层的导带和价带，58代表对应于2um的本征型量子点层的导带和价带，59代表对应于2um的弱P型量子点层的导带和价带，60代表对应于1.5um的P型量子点层的导带和价带。由图4可知，示例性地，54和56之间的能级通过55划分为梯度性的较小的能级，其他量子点层以此类推。通过导带和价带的位置关系表明各类型的量子点层的带隙按照由左至右的方向依次增大，并且量子点的掺杂状态也呈现出梯度的效果，即表示出了不同掺杂状态的量子点如N型、弱N型、本征型、P型、P型。另外，该能带结构示意图说明在量子点层中产生的空穴可以向一个方向传输，电子向另外一个方向传输，相当于为载流子(空穴和电子)设置了两条传输的路径，即利于载流子向两个电极(第二电极和第一电极)方向分别去传输。具体地，由于载流子中的空穴和电子会产生复合，复合以后产生的电信号就会随之消失，针对该能带结构示意图，电子走的为导带，空穴走的为价带，本公开实施例中通过层叠不同的量子点层并得到能带结构示意图，使得电子和空穴传输路径分开，不会让电子和空穴碰到一起进而产生复合，同时能让二者的传输距离足够长，利于载流子的分离和传输。
示例性地，图5为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的光吸收谱示意图。由图5可知，其中，横轴X2代表波数(即波长的倒数)，单位为cm-1，纵轴Y2代表吸光度，为无量纲单位，用a.u.(arbitrary units缩写)表示；L61、L62、L63、L64、L65分别代表波长为1.5um、2um、3um、5um、12um量子点的吸收光谱曲线。由图5可知，通过该图中对于量子点吸收光谱的曲线，可以表明在制备光伏型光电探测器时能够合成不同波段的量子点；需要说明的是，在实际场景下测量量子点吸收光谱的时候，L65对应于合成了一个12um长波N型量子点，曲线处存在带内跃迁的部分即最右侧两个小尖峰，表明实际波长覆盖12um，但是由于该部分的带内跃迁没有体现光谱响应，所以做成探测器进行测试时的探测光谱只能达到10um，最终实现了1-10um光谱探测范围的光伏型光电探测器。
需要说明的是，通过将不同波长以及掺杂状态的量子点在垂直方向上进行叠加，实现了将10微米长波N型量子点、5微米中波弱N型量子点、5微米中波本征型量子点、3微米中波本征型量子点、2微米短波本征型量子点、2微米短波弱P型量子点以及1.5微米短波P型量子点在垂直方向上层叠累积而成的一个长波、中波、短波红外超宽光谱光伏型探测器，可以实现短波、中波、长波的多个红外波段的响应，即可以实现1—10um超宽光谱的检测。
在其他实施方式中，在制备探测器的过程中还可以采用其他波段的量子点，并对其进行掺杂状态的调控。示例性地，可以为3个不同波段的量子点，只需让此3个波段覆盖短、中、长三个波段即可；同理，还可以为4个波段、6个波段或其他数量的波段，在此不赘述也不限定。根据此扩展实施例，还可以根据覆盖的波段范围进而设定不同数值的波长，示例性地，可以在1-2.5um短波范围、3-5um中波范围、8-12um长波范围内设置所需波长的量子点来调控形成PIN同质梯度结，只需满足波长覆盖范围和对应能够形成PIN同质梯度结的结构即可，其波长也可为其他数值或数值范围，在此不做限定。
在一些实施例中，该光伏型探测器中N型量子点层的厚度为50nm～70nm；弱N型量子点层的厚度为30nm～50nm；单层本征型量子点层的厚度为80nm～120nm；弱P型量子点层的厚度为30nm～50nm；P型量子点层的厚度为50nm～70nm。
其中，光电探测器中N型、弱N型的量子点层为电子注入层，P型、弱P型的量子点层为空穴传输层。各不同掺杂类型(也叫掺杂状态)的量子点层的厚度，可根据各自的掺杂类型(掺杂状态)以及载流子传输需求设置对应的数值。
示例性地，波长10um的长波的第一类型量子点层131可以设置为60nm，波长5um的中波的弱第一类型量子点层132可以设置为40nm，波长5um的中波的第一本征型量子点层136可以设置为100nm，波长3um的中波的第二本征型量子点层137可以设置为100nm，波长2um的短波的第三本征型量子点层138可以设置为100nm，波长2um的短波的弱第二类型量子点层134可以设置为40nm，波长1.5um的短波的第二类型量子点层135可以设置为60nm。在其他实施方式中，各不同波长的膜层厚度还可以为其他厚度值或者厚度范围，在此不赘述也不限定。
在一些实施例中，基底110包括读出电路基底(图中未示出)；探测器还包括：信号处理电路(图中未示出)；信号处理电路与读出电路基底连接；信号处理电路用于基于读出电路基底传输的光电响应信号，确定目标探测物的信息。
在其他实施方式中，光伏型探测器还可包括本领域技术人员可知的其他组成部件，在此不赘述也不限定。
在一些实施例中，量子点层均为碲化汞量子点层。
示例性地，图6为本公开实施例提供的带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结对应的IV曲线示意图。其中，横轴X3代表电压，单位为伏特(V)；纵轴Y3代表电流，单位为微安(uA)；参照图6，该器件的工作温度为80K，其中L71代表暗电流曲线，L72代表以873K的黑体为红外光源的光电流曲线，其对整个黑体光谱会有比较大的响应。所以，该图表明器件可以正常工作，制备的光伏型探测器的灵敏度较高，并且其工作的测试结果与正常的PIN结类似。
示例性地，图7为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器归一化的光谱响应示意图。参照图7，其中，横轴X4代表波数(即波长的倒数)，单位为cm-1；纵轴Y4代表归一化光谱响应；由图7可知，该图表明探测器能够覆盖短波、中波、长波范围的光谱，且整个波段的响应比较均衡。
本公开实施例提供的双梯度调控的量子点光伏型探测器，包括：基底；第一电极，设置在基底的一侧；量子点层，设置在第一电极背离基底的一侧；第二电极，设置在量子点层背离第一电极的一侧；其中，量子点层包括沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；第一类型为N型，第二类型为P型，且沿第一电极指向第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大。由此，通过将各类型的胶体量子点依次垂直层叠，形成基于带隙和掺杂双梯度调控的PIN同质结，利于提升器件性能及实现超宽光谱的光伏型光电探测器。
在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种双梯度调控的量子点光伏型探测器的制备方法，该制备方法可用于制备上述实施方式提供的任一种所述的探测器，具有相应的有益效果。
在一些实施例中，图8为本公开实施例提供的一种量子点光伏型探测器的制备方法的流程示意图。参照图8，该方法包括：
S21、提供基底。
其中，基底110用于支撑保护形成于其上的其他膜层或薄膜，该基底110为用于形成至少一层第一类型量子点层131、至少一层弱第一类型量子点层132、至少一层本征型量子点层133、至少一层弱第二类型量子点层134以及至少一层第二类型量子点层135的基底110。
S22、基底的一侧形成有第一电极。
其中，第一电极120为直接设置在基底110上的。在其他实施方式中，第一电极120也可采用蒸镀或其他工艺步骤形成在基底上，在此不做具体限定。
示例性地，第一电极120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。示例性地，ITO可采用磁控溅射或物理真空方法蒸镀于基底110而形成，即第一电极120为ITO导电层。示例性地，第一电极的厚度可为50nm、60nm、40nm、40～60nm或其他厚度值或厚度范围，在此不限定。
S23、基于液相配体交换制备至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点。
其中，液相配体交换可进行两次；示例性地，第一次液相配体交换实现胶体量子点的高载流子迁移率；第二次液相配体交换实现合成的不同波段胶体量子点的不同掺杂状态，即形成长波的第一类型量子点层131、中波的弱第一类型量子点层132、中波和短波的本征型量子点层133、短波的弱第二类型量子点层134、短波的第二类型量子点层135，具体制备过程在后文中详述。
S24、利用液相配体交换制备的量子点，在第一电极背离基底的一侧依次形成量子点层，并进行固态配体交换。
其中，通过进行两次液相配体交换制备至少一种第一类型量子点层、至少一种弱第一类型量子点层、至少一种本征型量子点层、至少一种弱第二类型量子点层以及至少一种第二类型量子点层，将各不同类型的量子点在第一电极120背离基底110的一侧依次层叠成膜。
其中，在各类型的量子点层成膜之后，针对所形成的膜层进行固态配体交换，即对每一层膜层进行表面处理；该步骤中，通过固态配体交换稳定了各膜层的费米能级、除去各膜层表面的多余配体，为形成短波、中波、长波红外超宽光谱光伏型探测器奠定了基础。
需要说明的是，利用液相配体交换和固态配体交换相结合的混相配体交换方式，实现了量子点的高载流子迁移率，并且在此过程中可以精确调控不同波段的量子点的掺杂状态；示例性地，本公开实施例中可以包括波长为10um、5um、3um、2um、1.5um的相应掺杂状态的量子点，通过将不同波长不同掺杂状态的量子点在垂直方向上进行叠加，形成了10um长波N型量子点层、5um中波弱N型量子点层、5um中波第一本征型量子点层、3um中波第二本征型量子点层、2um短波第三本征型量子点层、2um短波弱P型量子点层、1.5um短波P型量子点层，并基于此形成了带隙和掺杂双梯度调控的同质结，短波、中波、长波红外超宽光谱光伏探测器，进一步地，为制作短波、中波、长波红外超宽光谱光伏型探测器提供了条件，最终实现短波、中波、长波的超宽光谱的光电探测。
本公开实施例中，量子点层包括至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层。
其中，合成短波、中波、长波范围的量子点后，通过利用第二次液相配体交换，改变短波、中波、长波范围的量子点的掺杂状态，制备形成短波对应的第二类型量子点、弱第二类型量子点以及第三本征型量子点，中波对应的第二本征型量子点、第一本征型量子点以及弱第一类型量子点，以及长波对应的第一类型量子点，在此过程中制备形成的量子点层可为预设数量的膜层，即按照实际应用场景，可根据光电探测器的响应波长需求设置膜层数量及类型，形成至少一层且覆盖短波、中波、长波范围的不同掺杂状态的量子点层，以满足PIN同质梯度结的结构。
S25、在量子点层背离第一电极的一侧形成第二电极。
其中，第二电极140设置在整体量子点层130相背于第一电极120的另一侧，即第一电极120和第二电极140分别设置于整体的量子点层130的两侧，用于输出光生电信号。
示例性地，第二电极140的材料可为金，形成方式可为蒸镀，用于作为探测器的接触点；在其他实施方式中，第二电极140还可采用本领域技术人员可知的其他材料，采用其他工艺形成，在此赘述也不限定。
由此，采用常温混相配体交换中的液相配体交换，实现了对不同波段量子点的一个掺杂调控，同时也提高了薄膜中载流子的迁移率；示例性地，将12微米长波N型量子点、5微米中波弱N型量子点、5微米中波本征型量子点、3微米中波本征型量子点、2微米短波本征型量子点、2微米短波弱P型量子点以及1.5微米短波P型量子点在第一电极上按照由下至上的顺序依次层叠设置，形成带隙和掺杂双梯度调控的同质结。在0偏置的条件下，有光照入射时，12微米长波N型量子点层和5微米中波弱N型量子点层为电子注入层，2微米短波弱P型量子点层和1.5微米短波P型量子点层为空穴传输层，与5微米中波本征型量子点层、3微米中波本征型量子点层以及2微米短波本征型量子点层之间形成强大的内建电场，在较厚的本征区(即本征型量子点层)内产生电子空穴对，并在内建电场的作用下电子空穴对分开，由此形成光电流，最终探测器产生短波、中波以及长波等红外波段的光响应。
本公开实施例提供的双梯度调控的量子点光伏型探测器的制备方法，通过将对应于不同波长的不同掺杂状态的量子点在垂直方向上进行叠加，使各类型量子点层的带隙依次增大，形成了一种可探测短波、中波、长波范围的红外超宽光谱光伏型探测器；由此，可以实现对短波、中波、长波等红外的不同波段的光响应，即利用一个探测器便可以实现超宽光谱的探测。
在一些实施例中，图9为图8示出的方法中，S24中形成量子点层的一种细化流程示意图。在图8的基础上，参照图9，形成量子点层包括：
S31、提供量子点合成的材料。
其中，量子点合成的材料包括氯化汞、油胺、四氯乙烯、三正辛基磷、碲以及双(三甲基硅基)碲化物。
其中，氯化汞表示为HgCl2，可为ACS试剂级，即纯度≥99.5％；油胺表示为OAM，其技术等级为70％；四氯乙烯表示为TCE，其满足(HPLC，99.9％)，即代表其含量用高效液相检测超过99.9％；三正辛基磷表示为TOP，其技术等级为90％；碲表示为Te，其满足纯度为99.999％的碲颗粒；双(三甲基硅基)碲化物表示为TMS2Te，其技术等级为98％。如此，可制备形成碲化汞(HgTe)量子点。
在其他实施方式中，当形成其他类型的量子点时，其合成的材料还可对应为本领域技术人员可知的其他材料，在此不限定。
S32、基于碲和三正辛基磷形成第一溶液。
其中，基于碲、三正辛基磷形成第一溶液的过程可在室温以及外加保护气体的环境下实现，示例性地，具体可包括：在室温下，在氮气环境的手套箱中搅拌碲(Te)颗粒和三正辛膦(TOP)溶液，制备溶解在三正辛基磷(TOP)中的Te溶液，直至形成亮黄色溶液，且制备的浓度为1M。
S33、在保护气体环境下，将氯化汞和油胺进行反应得到第二溶液。
其中，保护气体为能够使其包围的材料隔绝其他环境因素，而不受其他外界环境因素的影响的气体；示例性地，保护气体可为氮气。
其中，得到的第二溶液为氯化汞和油胺在特定温度条件下使氯化汞完全溶解在油胺中而得到的清澈溶液。不难理解的是，此时进行反应所需的温度为能够使氯化汞在油胺中得以加速溶解的温度。
S34、将四氯乙烯和三正辛基磷混合并冷却保存得到第三溶液。
其中，第三溶液为配置的淬火溶液，即合成量子点需要进行冷却反应的时候使用的介质。需要说明的是，目前的一些淬火溶液可以由聚醚类高分子材料添加多种表面活性剂制成，由于其对水有逆溶性的特点，克服了水冷却速度快、易使工件开裂而油品冷却速度慢、淬火效果差、易燃等缺点。
示例性地，该步骤中，可取500ul三正辛基磷溶液、4ml四氯乙烯溶液放入玻璃瓶中，并置于冰箱保存。在其他实施方式中，所取的三正辛基磷溶液、四氯乙烯的用量也可为其他体积值或体积范围，在此不限定。
S35、基于第一预设温度，将第一溶液注入第二溶液中进行反应，反应结束后加入第三溶液冷却，得到对应于短波量子点的第四溶液。
由此，采用热注射法合成短波量子点；其中，通过控制反应过程中的合成温度和反应时间，可得到所需的短波量子点。
其中，第二溶液为溶解氯化汞的油胺溶液。示例性地，制备对应于短波量子点、中波量子点的第二溶液的步骤中，在氮气环境的手套箱中内，可取27mg(0.1mmol，氮气内保存)的氯化汞，加入4ml油胺，得到二者的混合物后置于加热板上，加入有助于加速溶解的磁子并进行搅拌，将加热板的温度调至105℃，在105℃的温度条件下加热1h，直至形成透明、淡黄色的溶液即为第二溶液。示例性地，加热时长可以为1.5h、2h、1～2h或者其他时长值或时长范围，在此不限定。
其中，第一溶液为基于碲和三正辛基磷形成的溶液，在反应结束时利用配置的淬火溶液即第三溶液进行冷却，在此过程中还可通过控制合成温度和反应时间来控制碲化汞(HgTe)胶体量子点的大小。
其中，第一预设温度为合成短波量子点时所需的合成温度；示例性地，在合成短波量子点的步骤中，在得到清澈的第二溶液后，在控制第一预设温度时先将温度降至60℃，然后热平衡半个小时，在热平衡结束后快速注入100ul的第一溶液，反应时间持续2min便可得到1.5um的短波量子点；反应时间持续9min，即可得到2um的短波量子点。
其中，在合成短波量子点后，可在其合成反应结束后，加入已经配置好的淬火溶液即第三溶液进行冷却反应，并从有保护气体环境的手套箱中取出，然后进行水浴降温，以得到对应于短波量子点的第四溶液。
S36、基于第二预设温度，将第一溶液注入第二溶液中进行反应，反应结束后加入第三溶液冷却，得到对应于中波量子点的第五溶液。
由此，采用热注射法合成中波量子点；其中，通过控制反应过程中的合成温度和反应时间，可得到所需的中波量子点。
其中，第二预设温度为合成中波量子点时所需的合成温度；示例性地，在合成中波量子点的步骤中，在得到清澈的第二溶液后，在控制第二预设温度时先将温度降至100℃，然后热平衡半个小时，在热平衡结束后快速注入100ul的第一溶液，反应时间持续4min便可得到3um的中波量子点；反应时间持续20min，即可得到5um的中波量子点。
其中，在合成中波量子点后，可在其合成反应结束后，加入已经配置好的淬火溶液即第三溶液进行冷却反应，并从有保护气体环境的手套箱中取出，然后进行水浴降温，以得到对应于中波量子点的第五溶液。
S37、基于第三预设温度，第二溶液和经过油胺稀释后的双(三甲基硅基)碲化物及经过油胺稀释后的第一溶液依次进行反应，反应结束后加入第三溶液冷却，得到对应于长波量子点的第六溶液。
由此，采用热注射法合成长波量子点；其中，通过控制反应过程中的合成温度和反应时间，可得到所需的长波量子点。
示例性地，制备对应于长波量子点的第二溶液的步骤中，取136mg(0.5mmol，氮气内保存)的氯化汞，加入8ml油胺，得到二者的混合物后置于加热板上，加入有助于加速溶解的磁子并进行搅拌，将加热板的温度调至105℃，在105℃的温度条件下加热1h，直至形成透明、淡黄色的溶液即为第二溶液。
其中，双(三甲基硅基)碲化物、第一溶液都经过油胺稀释后，再依次加入第二溶液中进行反应，以合成长波量子点。
示例性地，在用油胺稀释双(三甲基硅基)碲化物和第一溶液的步骤中，可取2ml油胺放入玻璃瓶内，在120℃的加热板下将其进行加热并除水、除气2小时后，再将17.5ul(0.0625mmol)的双(三甲基硅基)碲化物溶液稀释在1ml已除水、除气的油胺中，以及将62.5ul(0.0625mmol)的第一溶液溶液稀释在1ml已除水、除气的油胺中，以得到双(三甲基硅基)碲化物和第一溶液的油胺稀释溶液。
其中，第三预设温度为合成长波量子点时所需的合成温度；示例性地，合成长波量子点的步骤中，在得到清澈的第二溶液后，控制第三预设温度为105℃，在此温度环境下快速注入17.5ul已经稀释好的双(三甲基硅基)碲化物，反应持续5min后,再逐滴滴入已经稀释好的第一溶液，平均速率为间隔3s滴一次(可表示为滴/3s)，持续4min滴完稀释好的第一溶液，由此可得到10um的长波量子点。
其中，在合成长波量子点后，可在其合成反应结束后，加入已经配置好的淬火溶液即第三溶液进行冷却反应，并从有保护气体环境的手套箱中取出，然后进行水浴降温，以得到对应于长波量子点的第六溶液。
其中，第一预设温度小于第二预设温度，第二预设温度小于第三预设温度。
S38、第四溶液、第五溶液及第六溶液分别进行第一次液相配体交换，得到对应的预设载流子迁移率的量子点溶液。
其中，第一次液相配体交换对应于预设载流子迁移率的实现过程，预设载流子迁移率即实现其高载流子迁移率。
示例性的，该步骤可包括：
将第四溶液、第五溶液及第六溶液分别放入离心管，并加入适量异丙醇(IPA)进行清洗，搅拌浑浊后放入离心机并进行离心分离沉淀，离心机的转速可为7500r/min，离心时间可为6min，待离心结束后丢弃上层清液，并用氮气枪对已经沉淀的量子点进行干燥；然后，用6mL正己烷重新溶解量子点，并加入50uL 2-巯基乙醇(2-me)和15mg双十八烷基溴化铵(DDAB)后进行超声震荡，时间为1min，以加速溶解；再用2.5mL二甲基甲酰胺(DMF)超声震荡1min，加速量子点从正己烷转移至DMF中，当溶液出现分层现象后，将上层正己烷取出，从而量子点稳定分布在DMF中。
在其他实施方式中，离心机的转速、离心时间以及超声震荡的时间不做具体限定，可为本领域技术人员可知的用于实现高载流子迁移率的其他数值。
S39、基于对应的预设载流子迁移率的量子点溶液，进行第二次液相配体交换，基于分层和离心沉淀得到至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点对应的预置溶液。
其中，在完成第一次液相配体交换后，得到对应的预设载流子迁移率的量子点溶液。然后通过第二次液相配体交换，实现不同波段不同掺杂状态的量子点。
示例性地，针对得到至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点，在稳定分布在DMF中的短波量子点溶液中利用正已烷和甲苯进行分层沉淀；得到至少一种本征型量子点以及至少一种弱第一类型量子点，在稳定分布在DMF中的短波和中波量子点溶液分别加入预设量的氯化汞，并进行分层沉淀；得到至少一种第一类型量子点，在稳定分布在DMF中的长波量子点溶液中利用正已烷和甲苯进行分层沉淀，具体操作过程在后文中详述。
S40、基于预置溶液，将沉淀并干燥后的各掺杂状态的量子点重新分散在二甲基甲酰胺中，分别得到稳定的各掺杂状态的量子点溶液并制备成膜。
其中，各掺杂状态的量子点的响应波段覆盖短波、中波以及长波。
其中，预置溶液为第二次液相配体交换中，得到的经分层和离心沉淀后的不同波段不同掺杂状态的量子点溶液。不难理解的是，将其中沉淀并干燥后的各掺杂状态的量子点分散在二甲基甲酰胺中，得到稳定的各掺杂状态的量子点溶液为最终实现的对不同波段量子点调控形成不同掺杂状态的量子点溶液，用于后续量子点薄膜的制备。示例性地，沉淀并干燥后的量子点可以重新分散在100ul的DMF中。
其中，得到稳定的各类型的本征态量子点溶液后可以通过垂直层叠的方式成膜。具体地，在第一电极上可依次形成10um长波N型量子点层、5um中波弱N型量子点层、5um中波第一本征型量子点层、3um中波第二本征型量子点层、2um短波第三本征型量子点层、2um短波弱P型量子点层、1.5um短波P型量子点层。示例性地，量子点层的形成方式可为滴涂、旋涂或本领域技术人员可知的其他成膜方式，在此不做限定。
在一些实施例中，在图9的基础上，S39中进行第二次液相配体交换具体可包括：
其一，得到第二类型量子点对应的预置溶液。
具体地：在对应短波的预设载流子迁移率的量子点溶液中加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀。
示例性地，在该步骤中，在1.5um短波胶体量子点DMF溶液中加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到一种短波第二类型量子点。
其二，得到弱第二类型量子点对应的预置溶液。
具体地：在对应短波的预设载流子迁移率的量子点溶液中加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀。
示例性地，在该步骤中，在2um短波胶体量子点DMF溶液中加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到一种短波弱第二类型量子点。
其三，得到本征型量子点对应的预置溶液。
具体地：在对应短波和中波的预设载流子迁移率的量子点溶液中分别加入氯化汞，再加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀。
示例性地，在该步骤中，在2um短波胶体量子点DMF溶液中加入20mg氯化汞，并震荡溶解，再加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到一种短波本征型量子点。
或者，在该步骤中，在3um中波胶体量子点DMF溶液中加入10mg氯化汞，并震荡溶解，再加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到一种中波本征型量子点。
或者，在该步骤中，在5um中波胶体量子点DMF溶液中加入2mg氯化汞，并震荡溶解，再加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到又一种中波本征型量子点。
其四，得到弱第一类型量子点对应的预置溶液。
具体地：在对应中波的预设载流子迁移率的量子点溶液中加入氯化汞，再加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀。
示例性地，在该步骤中，在5um中波胶体量子点DMF溶液中加入5mg氯化汞，并震荡溶解，再加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到一种中波弱第一类型量子点。
其五，得到第一类型量子点对应的预置溶液。
具体地：在对应长波的预设载流子迁移率的量子点溶液中加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀。
示例性地，在该步骤中，在10um长波胶体量子点DMF溶液中加入6mL正己烷进行二次清洗，溶液出现分层现象，此时将分层后的上层正己烷取出，再加入10mL甲苯进行离心沉淀，得到一种长波第一类型量子点。
其中，针对具有预设载流子迁移率的各波长的量子点溶液，在进行第二次液相配体交换中，可根据不同波长类型的量子点对其加盐或者不加盐(如氯化汞)的操作来进行不同掺杂状态的调控。
需要说明的是，上述示例中，氯化汞、正己烷、甲苯以及DMF的用量还可为其他用量值或用量范围，可根据制备方法及其对应的光电探测器的需求设置，在此不赘述也不限定。
示例性地，图10为本公开实施例提供的掺杂调控量子点的制备流程示意图，即图中表明了常温混相配体交换(包括液相配体交换和固态配体交换)中的两次液相配体交换过程。参照图10，其中，S201、S202以及S203为高载流子迁移率实现过程，S204、S205以及S206为掺杂调控的实现过程。具体地，在高载流子迁移率实现过程中，通过在胶体量子点沉淀(固体)中加入正已烷进行重新溶解，可得到胶体量子点正己烷溶液，然后再加入2-me、TBABr和DMF并进行超声震荡，可形成胶体量子点DMF溶液以及上层正已烷，其后，将上层正已烷取出，使得量子点稳定分布在DMF中，且实现载流子迁移率的提升。然后，在可控掺杂的实现过程中，在得到的胶体量子点DMF溶液中，加入氯化汞或不加氯化汞这种盐，以及加入6mL正已烷，之后进行超声震荡，将上层正已烷取出，再在剩余的胶体量子点DMF溶液中加入10mL甲苯，并离心分离，得到胶体量子点沉淀(固体)，后加入DMF并干燥，最终得到调控为相应掺杂状态的胶体量子点DMF墨水。
由此可知，采用改进常温混相配体交换(包括液相配体交换和固态配体交换)的方法，通过添加HgCl2这种盐进行调控来实现不同波段红外量子点的掺杂状态，在垂直方向上依次形成掺杂的长波N型量子点(波长峰值12微米)、掺杂的中波弱N型量子点(波长峰值5微米)、掺杂的中波本征型量子点(波长峰值5微米)、掺杂的中波本征型量子点(波长峰值3微米)，掺杂的短波本征型量子点(波长峰值2微米)、掺杂的短波弱P型量子点(波长峰值2微米)、掺杂的短波P型量子点(波长峰值为1.5微米)，形成一种带隙和掺杂双梯度调控的同质结，并实现了可以探测短波、中波、长波超宽光谱的光伏型红外光电探测器，有利于进一步实现对1um-20um的红外谱段有光响应的超宽光谱光电探测器。
在一些实施例中，进行固态配体交换，包括：提供固态配体交换的处理溶液；其中，处理溶液包括乙二硫醇、盐酸以及异丙醇；针对形成的量子点层，将每层薄膜浸泡在处理溶液中，并清洗及干燥。
其中，处理溶液包括乙二硫醇、盐酸以及异丙醇；即用于进行固态配体交换的处理溶液即乙二硫醇、盐酸以及异丙醇的混合溶液，三者的体积比可为1:1:20。
其中，将制备好的每层薄膜浸泡在处理溶液中对应于对最外层的膜层进行固态配体交换的过程，即针对每一种波长以及对应掺杂状态的量子点层都进行表面固态配体交换的处理。
示例性地，每层薄膜浸泡在处理溶液的时长可以为10s，然后利用异丙醇(IPA)溶液进行冲洗，并使用氮气枪进行干燥。示例性地，浸泡的时长可以为10s、8s、12s、8s～12s或其他时长值或时长范围，在此不限定。
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 (10)

1.一种双梯度调控的量子点光伏型探测器，其特征在于，包括：
基底；
第一电极，设置在所述基底的一侧；
量子点层，设置在所述第一电极背离所述基底的一侧；
第二电极，设置在所述量子点层背离所述第一电极的一侧；
其中，所述量子点层包括沿所述第一电极指向所述第二电极的方向依次层叠设置的至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；
所述第一类型为N型，所述第二类型为P型，且沿所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次增大；或者，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型，且沿着所述第一电极指向所述第二电极的方向，各类型量子点层的带隙依次减小。
2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述至少一层第一类型量子点层的响应波段为长波，所述至少一层弱第一类型量子点层的响应波段为中波；
所述至少一层本征型量子点层包括沿所述第一电极指向所述第二电极的方向依次层叠设置的第一本征型量子点层、第二本征型量子点层和第三本征型量子点层，所述第一本征型量子点层、第二本征型量子点层的响应波段均为中波，所述第三本征型量子点层的响应波段为短波；
所述至少一层弱第二类型量子点层的响应波段和所述至少一层第二类型量子点层的响应波段均为短波；
其中，长波对应的波长等于或大于5微米，中波对应的波长小于5微米，且等于或大于3微米，短波对应的波长小于3微米。
3.根据权利要求1或2所述的探测器，其特征在于，N型量子点层的响应波长为10微米；弱N型量子点层的响应波长为5微米；
所述第一本征型量子点层的响应波长为5微米，所述第二本征型量子点层的响应波长为3微米，所述第三本征型量子点层的响应波长为2微米；
弱P型量子点层的响应波长为2微米；P型量子点层的响应波长为1.5微米。
4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，
所述N型量子点层的厚度为50nm～70nm；
所述弱N型量子点层的厚度为30nm～50nm；
单层所述本征型量子点层的厚度为80nm～120nm；
所述弱P型量子点层的厚度为30nm～50nm；
所述P型量子点层的厚度为50nm～70nm。
5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述基底包括读出电路基底；
所述探测器还包括：信号处理电路；所述信号处理电路与所述读出电路基底连接；
所述信号处理电路用于基于所述读出电路基底传输的光电响应信号，确定目标探测物的信息。
6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述量子点层均为碲化汞量子点层。
7.一种双梯度调控的量子点光伏型探测器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-6任一项所述的探测器；所述方法包括：
提供基底；所述基底的一侧形成有第一电极；
基于液相配体交换制备至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点；
利用液相配体交换制备的量子点，在所述第一电极背离所述基底的一侧依次形成量子点层，并进行固态配体交换；所述量子点层包括至少一层第一类型量子点层、至少一层弱第一类型量子点层、至少一层本征型量子点层、至少一层弱第二类型量子点层以及至少一层第二类型量子点层；
在所述量子点层背离所述第一电极的一侧形成第二电极。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成量子点层包括：
提供量子点合成的材料；所述量子点合成的材料包括氯化汞、油胺、四氯乙烯、三正辛基磷、碲以及双(三甲基硅基)碲化物；
基于所述碲和正辛基磷形成第一溶液；
在保护气体环境下，将氯化汞和油胺进行反应得到第二溶液；
将四氯乙烯和三正辛基磷混合并冷却保存得到第三溶液；
基于第一预设温度，将所述第一溶液注入所述第二溶液中进行反应，反应结束后加入所述第三溶液冷却，得到对应于短波量子点的第四溶液；
基于第二预设温度，将所述第一溶液注入所述第二溶液中进行反应，反应结束后加入所述第三溶液冷却，得到对应于中波量子点的第五溶液；
基于第三预设温度，所述第二溶液和经过油胺稀释后的双(三甲基硅基)碲化物及经过油胺稀释后的第一溶液依次进行反应，反应结束后加入所述第三溶液冷却，得到对应于长波量子点的第六溶液；其中，所述第一预设温度小于所述第二预设温度，所述第二预设温度小于所述第三预设温度；
所述第四溶液、第五溶液及第六溶液分别进行第一次液相配体交换，得到对应的预设载流子迁移率的量子点溶液；
基于所述对应的预设载流子迁移率的量子点溶液，进行第二次液相配体交换，基于分层和离心沉淀得到至少一种第一类型量子点、至少一种弱第一类型量子点、至少一种本征型量子点、至少一种弱第二类型量子点以及至少一种第二类型量子点对应的预置溶液；
基于所述预置溶液，将沉淀并干燥后的各掺杂状态的量子点重新分散在二甲基甲酰胺中，分别得到稳定的各掺杂状态的量子点溶液并制备成膜；其中，所述各掺杂状态的量子点的响应波段覆盖短波、中波以及长波。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述进行第二次液相配体交换包括：
得到第二类型量子点对应的预置溶液：在对应短波的所述预设载流子迁移率的量子点溶液中加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀；
得到弱第二类型量子点对应的预置溶液：在对应短波的所述预设载流子迁移率的量子点溶液中加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀；
得到本征型量子点对应的预置溶液：在对应短波和中波的所述预设载流子迁移率的量子点溶液中分别加入氯化汞，再加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀；
得到弱第一类型量子点对应的预置溶液：在对应中波的所述预设载流子迁移率的量子点溶液中加入氯化汞，再加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀；
得到第一类型量子点对应的预置溶液：在对应长波的所述预设载流子迁移率的量子点溶液中加入正己烷进行清洗，将溶液分层后的上层正己烷取出，再离心沉淀。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述进行固态配体交换，包括：
提供固态配体交换的处理溶液；其中，所述处理溶液包括乙二硫醇、盐酸以及异丙醇；
针对形成的量子点层，将每层薄膜浸泡在所述处理溶液中，并清洗及干燥。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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