一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法

本发明涉及光电器件领域，尤其涉及一种基于电致发光叠层结构的光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、随着光电半导体材料的不断创新与突破，以及器件光学结构设计技术的成熟，光电探测器以及发光二极管在通信、医疗、显示、传感等领域得到了迅速的发展与应用。而光电探测-电致发光一体化器件在导弹预警、空间传感、高压电晕监测、野外火灾遥感、医学消毒、特种显示、照明以及背光源等军用领域和民用领域具有较大应用潜力。

2、目前使用的光电探测器的简化结构主要由底部透明电极、空穴传输层、光敏层、电子传输层与金属电极组成。工作时，光敏层吸收外部光源并产生空穴电子对，在外部反向偏压的作用下，空穴与电子分别经由空穴传输层与电子传输层向两侧电极传输，形成电流。目前使用的发光二极管的简化结构主要由底部透明电极、空穴传输层、发光层、电子传输层与金属电极组成。工作时，在电极两端的正向偏压影响下，空穴与电子分别从电极注入，经过空穴传输层与电子传输层，最终进入发光层复合发光。若要实现光电探测与电致发光的一体化，则存在光电探测器采用的器件结构不利于实现电致发光、以及发光二极管采用的器件结构不利于实现光电探测两方面的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种基于电致发光叠层结构的光电探测器，便于光电探测-电致发光一体化器件集成。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，包括晶体管结构，晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层，半导体层、漏极和源极均与绝缘层连接，绝缘层和透明电极连接。

3、可选地，本发明实施例提供的光电探测器件还包括控制开关，控制开关与透明电极连接。

4、可选地，连接层或透明电极包括超薄金属膜、图案化金属膜、金属纳米线或金属氧化物中的任意一种。

5、可选地，透明衬底包括绝缘透明衬底、刚性无机物透明衬底或柔性有机物透明衬底中的任意一种。

6、可选地，绝缘层包括有机聚合物或非金属氧化物。

7、可选地，半导体层包括光敏半导体、无机半导体或有机无机杂化半导体中的任意一种。

8、可选地，光电探测器件还包括缓冲层，缓冲层设置在透明衬底与半导体层之间。

9、可选地，发光二极管包括发光层，发光层包括有机发光材料、纳米晶材料、无机发光材料或有机无机杂化材料中的任意一种。

10、可选地，发光二极管包括电子传输层和空穴传输层，电子传输层或空穴传输层包括导电有机聚合物、导电有机小分子、金属氧化物或无机半导体材料中的任意一种。

11、第二方面，本发明实施例还提供了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：

12、提供透明衬底，并对透明衬底进行预处理；

13、在预处理后的透明衬底上制备半导体层；

14、在半导体层的预设位置去除部分半导体层，并在空缺位置分别填充漏极和源极；

15、在填充后的半导体层上依次制备绝缘层、透明电极、叠层发光二极管；叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层。

16、实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例利用叠层发光二极管与晶体管结构的结合，实现了光电探测和电致发光一体化的功能；在光电探测模式下，当外部光源射入叠层发光二极管时，光被吸收并产生空穴电子，此时的叠层发光二极管吸收光，产生电压，作为晶体管的栅极控制通道内的载流子聚集并产生放大电流；在发光模式下，叠层器件相对弥补了单层器件较弱的光吸收能力，增强了器件的光电转换效率，叠层发光二极管相比单层发光二极管效率更高。

技术特征：

1.一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，包括晶体管结构，所述晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，所述栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，所述叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，所述发光二极管之间设置有连接层，所述半导体层、所述漏极和所述源极均与所述绝缘层连接，所述绝缘层和所述透明电极连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述光电探测器件还包括控制开关，所述控制开关与所述透明电极连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述连接层或透明电极包括超薄金属膜、图案化金属膜、金属纳米线或金属氧化物中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述透明衬底包括绝缘透明衬底、刚性无机物透明衬底或柔性有机物透明衬底中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述绝缘层包括有机聚合物或非金属氧化物。

6.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述半导体层包括光敏半导体、无机半导体或有机无机杂化半导体中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述光电探测器件还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述透明衬底与所述半导体层之间。

8.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述发光二极管包括发光层，所述发光层包括有机发光材料、纳米晶材料、无机发光材料或有机无机杂化材料中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件，其特征在于，所述发光二极管包括电子传输层和空穴传输层，所述电子传输层或所述空穴传输层包括导电有机聚合物、导电有机小分子、金属氧化物或无机半导体材料中的任意一种。

10.一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于电致发光叠层结构的光电探测器件及其制备方法，器件包括晶体管结构，晶体管结构包括透明衬底、半导体层、漏极、源极和栅极结构，栅极结构包括绝缘层和叠层发光二极管，叠层发光二极管包括透明电极、若干个发光二极管和导电电极，发光二极管之间设置有连接层，半导体层、漏极和源极均与绝缘层连接，绝缘层和透明电极连接。本发明实施例利用叠层发光二极管与晶体管结构的结合，便于光电探测‑电致发光一体化器件集成，提高了器件的发光效率和光吸收能力，可广泛应用于光电器件领域。

技术研发人员：刘川,褚凌浩,刘佰全
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15