一种基于钙钛矿纳米线的光探测结构的制作方法

本发明属于光探测结构技术领域，具体涉及一种基于钙钛矿纳米线的光探测结构。

背景技术：

钙钛矿材料是直接帶隙材料，具有从可见光到近红外波导的宽吸收光谱，为其高光电转换效率奠定了基础。虽然钙钛矿单晶晶体具有极低的缺陷态密度，在实现弱光探测方面具有很大的应用潜力，但是，针对弱光检测的灵敏度依然较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于钙钛矿纳米线的光探测结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于钙钛矿纳米线的光探测结构，包括：电极、钙钛矿纳米线、二氧化硅层、硅衬底层，二氧化硅层置于硅衬底层上，钙钛矿纳米线置于二氧化硅层上；所述钙钛矿纳米线两端分别连接有一电极，所述钙钛矿纳米线具有一缝隙。

进一步地，所述缝隙为沿所述钙钛矿纳米线长度方向的条形。

进一步地，所述条形具有锯齿形边界。

进一步地，所述缝隙由沿纳米线长度方向排列的孔洞构成。

进一步地，所述缝隙由离子束刻蚀方法制备的。

进一步地，所述硅衬底层与所述二氧化硅层之间还设有一金属薄膜。

进一步地，所述金属薄膜由不少于两个的条形结构平行排列构成。

进一步地，所述条形结构排列方向垂直于所述钙钛矿纳米线

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过在钙钛矿纳米线上设置缝隙，增加钙钛矿纳米线与入射光的耦合，大幅度提高光生载流子的产生、分离及提取，单位面积内的载流子浓度增加，本发明基于钙钛矿纳米线的光探测结构将光信号转化为易于检测且强度更强的电信号，相比于光信号的直接检测，本发明光探测结构受外界环境干扰小，灵敏度高，可以进一步地提高对于入射光的检测灵敏度。

2、本发明中通过在钙钛矿纳米线下方设置金属层，在金属层与钙钛矿纳米线间形成很强的耦合，产生很强的局域电场，将能量聚集到钙钛矿纳米线与金属薄膜之间，本发明基于钙钛矿纳米线的光探测结构将光信号转化为易于探测的电信号，且所激发的电场局域化程度高，利于探测，本发明基于钙钛矿纳米线的光探测结构转化为易于检测的电信号，从而提高本发明光探测结构的检测灵敏度。

3、本发明中，在钙钛矿纳米线上设置缝隙后，钙钛矿纳米线中导通电流的有效截面积减小，通过单位截面积的电流强度增大，从而提高了检测灵敏度。

附图说明

图1是本发明基于钙钛矿纳米线的光探测结构示意图。

图2是本发明缝隙由沿纳米线长度方向排列的孔洞构成的钙钛矿纳米线。

图3是本发明具有金属薄膜的基于钙钛矿纳米线的光探测结构。

图4是本发明条形结构与钙钛矿纳米线位置示意图。

图中：1、电极；2、钙钛矿纳米线；3、缝隙；4、孔洞；5、二氧化硅层；6、硅衬底层；7、金属薄膜；8、条形结构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，基于钙钛矿纳米线的光探结构包括电极1、钙钛矿纳米线2、二氧化硅层5、硅衬底层6，二氧化硅层5置于硅衬底层6上，钙钛矿纳米线2置于二氧化硅层5上，钙钛矿纳米线2两端分别连接有两个相同的电极1。具体的，本实施例中钙钛矿纳米线2为mapbi3纳米线，其宽度为0.5微米到2微米之间。如图1所示，钙钛矿纳米线2的具有一缝隙3。缝隙3为沿钙钛矿纳米线2的长度方向的条形。条形缝隙3将钙钛矿纳米线2分割为两个相对更细的纳米线，两个更细的纳米线的宽度与入射光的波长相近，有利于增强入射光与钙钛矿纳米线2的耦合，从而促进光生载流子的产生，进而提高光探测的灵敏度。

进一步的，条形缝隙3具有锯齿形边界，条形缝隙3的齿形大小不同，具有不一致的横向尺寸，从而使得钙钛矿纳米线2与不同波长入射光均产生很强的耦合。

特别的，如图2所示，条形缝隙3还可以为由沿纳米线长度方向排列的孔洞4构成。入射光照射孔洞4，在孔洞4周围形成在局域振动，增强钙钛矿纳米线2与入射光的耦合，提高检测灵敏度。另外，缝隙3减少了钙钛矿纳米线2的有效宽度，减少了纳米线中电流截面的有效面积，使得钙钛矿纳米线2对入射光的变化更敏感。孔洞4可以为方形、矩形、圆形等，均可增强孔洞4与线偏振或自然光之间的耦合。孔洞4还可以为两臂不一致长度的l形、两臂具有不一致长度的u形、万字形等手性结构，对不同圆偏振光产生不同的吸收，从而判断入射光的圆偏振状态。对于具有手性的孔洞4，孔洞4还可以由两个中心偏离的矩形孔构成。实验上，这些孔洞由离子束刻蚀方法制备而得。离子束刻蚀方法精度高，容易控制孔洞的形貌。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图3所示，在硅衬底层6与二氧化硅层5之间上还设有一金属薄膜7，钙钛矿纳米线2同样具有缝隙3。这样以来，钙钛矿纳米线2与金属薄膜7形成强耦合及具有表面等离激元共振，该共振增强了钙钛矿纳米线2与入射光的耦合。尤其是当钙钛矿纳米线2具有缝隙3或孔洞4的时候，缝隙3两侧的纳米线、纳米线与金属薄膜7之间均会形成强局域电磁场，尤其是纳米线与金属薄膜7之间的局域电磁场也分布在缝隙3间，这些强局域电磁场有利于增强钙钛矿纳米线2与入射光的耦合，从而提高检测灵敏度。

实施例3：

在实施例2的基础上，如图4所示，金属薄膜7由不少于两个的条形结构8平行排列构成。条形结构8排列方向垂直于钙钛矿纳米线2。当入射光照射到条形结构8上时，在条形结构8上形成表面电磁波，该表面电磁波沿着条形结构8传播，当该表面电磁波传播到钙钛矿纳米线2的下方时，将耦合到钙钛矿纳米线2上。由于这些表面电磁波是在非钙钛矿纳米线2处激发的，所以，相当于增加了钙钛矿纳米线2接受入射光的面积，从而提高了接收光的强度，进而提高了检测灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种光探测结构技术领域，具体涉及一种基于钙钛矿纳米线的光探测结构，包括电极、具有缝隙的钙钛矿纳米线、二氧化硅层、硅衬底层。二氧化硅层置于硅衬底层上，具有缝隙的钙钛矿纳米线置于二氧化硅层上，电极加载在具有缝隙的钙钛矿纳米线两端。具有缝隙的钙钛矿纳米线会加强对光的吸收，并且减小了电流横截面的面积，从而提高探测的灵敏度。

技术研发人员：刘黎明;余雪萍;迟锋;张智;易子川;刘萍;杨健君;水玲玲
受保护的技术使用者：电子科技大学中山学院
技术研发日：2019.07.02
技术公布日：2019.09.10