波长可选择的光电探测器及系统的制作方法

本发明涉及光电探测器技术领域，主要涉及一种波长可选择的光电探测器及系统。

背景技术：

光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于生物传感、射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等。光电探测器能把光信号转换为电信号。

根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。光子探测器对光辐射的波长有选择，但是近红外波段的光信号探测率较低；热探测器基于材料吸收了光辐射能量后温度升高，从而改变了它的电学性能，但是对光辐射的波长无选择性。

因此，现有技术中的光电探测器在工作的时候，存在近红外波段的光信号探测率较低和光辐射的波长无选择性的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种波长可选择的光电探测器及系统，以解决现有技术中光电探测器在工作的时候，存在近红外波段的光信号探测率较低和光辐射的波长无选择性的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种波长可选择的光电探测器，光电探测器包括：基底、钙钛矿层、热膨胀材料、传输层、贵金属层、第一电极和第二电极；钙钛矿层设置在基底的一侧，钙钛矿层远离基底的一侧设置有多个锥形孔，且锥形孔靠近基底一侧的横截面面积小于远离基底一侧的横截面面积，锥形孔中填充有热膨胀材料；传输层设置在钙钛矿层远离基底的一侧，贵金属层包括多个贵金属长条，多个贵金属长条相互平行设置在传输层远离基底的一侧，第一电极和第二电极分别设置在贵金属层远离基底一侧的两端。

可选的，该传输层的材料为二维材料层。

可选的，该钙钛矿层的厚度为200纳米-400纳米。

可选的，该钙钛矿层远离基底的一侧周期设置有多个锥形孔。

可选的，该锥形孔的形状为圆锥形孔、方形锥孔、六边形锥形孔中任意一种。

可选的，该贵金属层上的贵金属长条之间的空隙间距为2纳米-20纳米。

可选的，该贵金属层两个相邻的贵金属长条之间的空隙中有一个的投影与钙钛矿层的锥形孔的尖的位置重合。

可选的，该贵金属层的厚度为20纳米-60纳米。

可选的，该贵金属层上的贵金属长条的形状为长方体金属结构或者椭圆柱金属结构。

第二方面，本申请提供一种波长可选择的光电探测系统，光电探测系统包括：电源和第一方面任意一项的光电探测器，电源的正极和负极分别与光电探测器的第一电极和第二电极电连接。

本发明的有益效果是：

本申请提供的波长可选择的光电探测器包括：基底、钙钛矿层、热膨胀材料、传输层、贵金属层、第一电极和第二电极；钙钛矿层设置在基底的一侧，钙钛矿层远离基底的一侧设置有多个锥形孔，且锥形孔靠近基底一侧的横截面面积小于远离基底一侧的横截面面积，锥形孔中填充有热膨胀材料；传输层设置在钙钛矿层远离基底的一侧，贵金属层包括多个贵金属长条，多个贵金属长条相互平行设置在传输层远离基底的一侧，第一电极和第二电极分别设置在贵金属层远离基底一侧的两端，由于该钙钛矿层的锥形孔中填充有热膨胀材料，使得可以通过调节该探测器的测量温度，改变该钙钛矿层的锥形孔的横截面积，即可以改变本申请提供的探测器对共振波长的选择，从而实现对该锥形孔的调控，改变该探测器的探测波长范围；另外，由于该锥形孔的存在，基于尖端效应，该钙钛矿层和该贵金属层中可以聚集更多能量，以提高通过该探测器的光子传输速率，提高该探测器探测光子的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为发明实施例提供的一种波长可选择的光电探测器的结构示意图；

图2为发明实施例提供的另一种波长可选择的光电探测器的结构示意图。

图标：1-基底；2-钙钛矿层；3-热膨胀材料；4-传输层；5-贵金属层；6-第一电极；7-第二电极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为发明实施例提供的一种波长可选择的光电探测器的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种波长可选择的光电探测器，光电探测器包括：基底1、钙钛矿层2、热膨胀材料3、传输层4、贵金属层5、第一电极6和第二电极7；钙钛矿层2设置在基底1的一侧，钙钛矿层2远离基底1的一侧设置有多个锥形孔，且锥形孔靠近基底1一侧的横截面面积小于远离基底1一侧的横截面面积，锥形孔中填充有热膨胀材料3；传输层4设置在钙钛矿层2远离基底1的一侧，贵金属层5包括多个贵金属长条，多个贵金属长条相互平行设置在传输层4远离基底1的一侧，第一电极6和第二电极7分别设置在贵金属层5远离基底1一侧的两端。

该基底1、传输层4的形状根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，该基底1和该传输层4的形状可以为长方体，也可以为其他形状，为了方便说明，在此以该基底1和该传输层4的形状为长方体进行说明，该钙钛矿层2的形状也应该为长方体，且该长方体的钙钛矿层2在该基底1上的投影等于该传输层4在该基底1上的投影，该长方体的钙钛矿层2设置在该基底1与该传输层4之间，且该钙钛矿层2靠近该传输层4的一侧设置有多个锥形孔，该多个锥形孔靠近该传输层4一端的横截面面积大于靠近该基底1一端的横截面面积，该锥形孔洞的数量根据实际需要而定，该锥形孔洞的排布方式为周期排布，且具体的排布周期根据实际需要而定，该锥形孔孔洞内部填充有热膨胀材料3，该热膨胀材料3受热膨胀，挤压该锥形孔洞的侧壁，使得该钙钛矿层2的形状发生改变，该贵金属层5由多个贵金属长条组成，多个贵金属长条周期设置在该传输层4上方，该第一电极6和该第二电极7分别设置在该贵金属层5上表面的两端，即该光电探测器从下到上依次包括基底1、钙钛矿层2、传输层4、贵金属层5，该热膨胀材料3填充在该钙钛矿层2中的锥形孔洞中，该第一电极6和第二电极7分别设置在该贵金属层5远离基底1一侧的两端；由于该钙钛矿层2的锥形孔中填充有热膨胀材料3，使得可以通过调节该探测器的测量温度，改变该钙钛矿层2的锥形孔的横截面积，即可以改变本申请提供的探测器对共振波长的选择，从而实现对该锥形孔的调控，改变该探测器的探测波长范围；另外，由于该锥形孔的存在，基于尖端效应，该钙钛矿层2和该贵金属层5中可以聚集更多能量，以提高通过该探测器的光子传输速率，提高该探测器探测光子的灵敏度。

另外，本申请作为多光子的探测器，由于锥形孔的存在，可以聚集更多的光子能量，并且在传输层4上设置的贵金属层5聚集更多的光子能量和提高传输速率，进一步提高光子探测器的灵敏度；本申请的探测器还可以用于作热探测器，此时，当结构在表面等离激元效应下，在结构表面产生表面等离激元共振产生热量，不需要外在热源，节约了资源也简化了探测装置；该探测器还可以用于作为手性检测装置，由于光电探测器对于电流的改变很灵敏，所以作为手性传感器的灵敏度也很高。

可选地，该传输层4的材料为二维材料层。

该传输层4的材料可以为二维材料层中的石墨烯，石墨烯具有很高的载流子迁移率，可以使得探测器有较高的灵敏度。

二维材料，是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1nm-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱二维材料是伴随着2004年曼切斯特大学geim小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯(graphene)而提出的。

可选的，该钙钛矿层2的厚度为200纳米-400纳米。

该钙钛矿层2的厚度可以为200纳米，也可以为300纳米，还可以为400纳米。

可选的，该钙钛矿层2远离基底1的一侧周期设置有多个锥形孔。

多个该锥形孔的设置方式为周期设置，该周期可以为方形周期，也可以是两个相邻的锥形孔之间的距离一定，在此不做具体限定。

可选的，该锥形孔的形状为圆锥形孔、方形锥孔、六边形锥形孔中任意一种。

一般的，该锥形孔的形状可以为多边形锥形孔，多边形锥形孔的棱边也会聚集大量的光子能量，进而提高检测灵敏度。

可选的，该贵金属层5上的贵金属长条之间的空隙间距为2纳米-20纳米。

该贵金属层5上的贵金属长条之间的空隙间距为2纳米-20纳米，即两个相邻的空隙之间的距离也为2纳米-20纳米。

可选的，该贵金属层5两个相邻的贵金属长条之间的空隙中有一个的投影与钙钛矿层2的锥形孔的尖的位置重合。

即贵金属层5上的贵金属长条之间具有一定的空隙，三个相邻的贵金属长条之间存在两个相邻的空隙，两个相邻的空隙中有一个的投影与钙钛矿层2的锥形孔的尖的位置重合，即该贵金属层5上的贵金属长条与锥形孔的棱边正对应。由于光子能量在锥形孔的棱边聚集的较多，贵金属层5设置在锥形孔的棱边的正上方，可以耦合更多光子能量，提高传输速率，提高检测器的灵敏度。

可选的，该贵金属层5的厚度为20纳米-60纳米。

该金属层的厚度可以为20纳米，也可以为40纳米，还可以为60纳米，在此不做具体限定。

可选的，该贵金属层5上的贵金属长条的形状为长方体金属结构或者椭圆柱金属结构。

贵金属层5上的贵金属结构可以为矩形金属结构或者椭圆形金属结构，使得振动的主要模式是两个结构之间，也就是传输的方向，提高传输速率，增大检测的灵敏度。

图2为发明实施例提供的另一种波长可选择的光电探测器的结构示意图；如图2所示，可选地，该贵金属层5上的贵金属长条垂直于水平面的横截面可以为等腰梯形，等腰梯形较长的边与传输层4性接，其结构图，如图2所示。等腰梯形的设置使得靠近传输层4的一层更容易聚集光子能量，使得传输层4的传输能力更强，提高探测器的灵敏度。

另外地，该探测器还可用作手性检测装置。金属结构设置为手性结构，用不同的圆偏振光激发，手性结构与左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的耦合共振的强度不同，产生电流振动方式不同，导致产生的电流强度不同，这个不同就可以用来反应手性的大小。由于光电探测器对于电流的改变很灵敏，所以作为手性传感器的灵敏度也很高。

本申请提供的波长可选择的光电探测器包括：基底1、钙钛矿层2、热膨胀材料3、传输层4、贵金属层5、第一电极6和第二电极7；钙钛矿层2设置在基底1的一侧，钙钛矿层2远离基底1的一侧设置有多个锥形孔，且锥形孔靠近基底1一侧的横截面面积小于远离基底1一侧的横截面面积，锥形孔中填充有热膨胀材料3；传输层4设置在钙钛矿层2远离基底1的一侧，贵金属层5包括多个贵金属长条，多个贵金属长条相互平行设置在传输层4远离基底1的一侧，第一电极6和第二电极7分别设置在贵金属层5远离基底1一侧的两端，由于该钙钛矿层2的锥形孔中填充有热膨胀材料3，使得可以通过调节该探测器的测量温度，改变该钙钛矿层2的锥形孔的横截面积，即可以改变本申请提供的探测器对共振波长的选择，从而实现对该锥形孔的调控，改变该探测器的探测波长范围；另外，由于该锥形孔的存在，基于尖端效应，该钙钛矿层2和该贵金属层5中可以聚集更多能量，以提高通过该探测器的光子传输速率，提高该探测器探测光子的灵敏度。

本申请提供一种波长可选择的光电探测系统，光电探测系统包括：电源和上述任意一项的光电探测器，电源的正极和负极分别与光电探测器的第一电极6和第二电极7电连接。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。