基于量子点同质梯度结的光电探测器及其制备方法

本公开涉及光电传感，尤其涉及一种基于量子点同质梯度结的光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、在光电探测，尤其红外光电探测领域中，中波红外探测是光电探测的重点，因为它不仅与大气窗口匹配，而且与可见或近红外相比，中波红外能够提供额外的热信息。

2、在传统的中波红外商用光电探测器中，主要采用分子束外延技术制备光电探测器，但其制备复杂性高、产量低、成本高，因此其应用范围受限，一般仅限于军事和科学研究，而无法进行大规模应用。针对此，通过使用碲化汞(hgte)胶体量子点替代外延半导体而制备的中波光伏红外探测器，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，会影响光生载流子传输，进而导致光电流变小；同时，随着温度的升高，异质结形成的内建电场变弱，导致光电探测器的高温工作性能迅速降低。此外，采用相关胶体量子点合成方式以及固态配体交换的方法，会导致较低的迁移率和响应度，进而影响器件的性能。

技术实现思路

1、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，本公开提供了一种基于量子点同质梯度结的光电探测器及其制备方法。

2、本公开提供了一种基于量子点同质梯度结的光电探测器的制备方法，所述方法包括：

3、提供基底；所述基底的一侧形成有第一电极；

4、基于液相配体交换制备n型量子点、弱n型量子点、本征型量子点、弱p型量子点以及p型量子点；

5、在所述第一电极上依次成膜第一类型量子点层、弱第一类型量子点层、本征型量子点层、弱第二类型量子点层以及第二类型量子点层，并进行固态配体交换；其中，所述第一类型和所述第二类型分别为p型和n型中的一种；

6、在所述第二类型量子点层背离所述第一电极的一侧形成第二电极。

7、可选地，所述基于液相配体交换制备n型量子点、弱n型量子点、本征型量子点、弱p型量子点以及p型量子点，包括：

8、提供量子点合成的材料；所述量子点合成的材料包括双(三甲基硅基)碲化物、氯化汞、油胺以及四氯乙烯；

9、在保护气体环境下，将氯化汞和油胺在预设温度下加热直至氯化汞全部溶解，得到第一溶液；以及将双(三甲基硅基)碲化物稀释在油胺中，得到第二溶液；

10、将所述第二溶液注入所述第一溶液中，并在预设温度下加热第一预设时长；再注入四氯乙烯进行冷却反应，得到冷却后的第三溶液；

11、基于所述第三溶液，进行第一次液相配体交换，得到具有预设载流子迁移率的量子点溶液；

12、基于所述具有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，基于可控掺杂，分别得到n型量子点、弱n型量子点、本征型量子点、弱p型量子点以及p型量子点对应的预置溶液；

13、基于所述预置溶液，将沉淀并干燥后的量子点重新分散在二甲基甲酰胺中，分别得到稳定的各类型的量子点溶液。

14、可选地，所述进行第二次液相配体交换，基于可控掺杂，分别得到n型量子点、弱n型量子点、本征型量子点、弱p型量子点以及p型量子点对应的预置溶液，包括：

15、得到p型量子点对应的预置溶液：在所述具有预设载流子迁移率的量子点溶液中加入第一用量的硫化铵，震荡溶解，再加入正己烷进行二次清洗时，将溶液分层后的上层正己烷取出，再进行离心；

16、得到弱p型量子点对应的预置溶液：在所述具有预设载流子迁移率的量子点溶液中加入第二用量的硫化铵，震荡溶解，再加入正己烷进行二次清洗时，将溶液分层后的上层正己烷取出，再进行离心；

17、得到本征型量子点对应的预置溶液：在所述具有预设载流子迁移率的量子点溶液中加入第三用量的氯化汞，再加入正己烷进行二次清洗时，将溶液分层后的上层正己烷取出，再进行离心；

18、得到弱n型量子点对应的预置溶液：在所述具有预设载流子迁移率的量子点溶液中加入第四用量的氯化汞，再加入正己烷进行二次清洗时，将溶液分层后的上层正己烷取出，再进行离心；

19、得到n型量子点对应的预置溶液：在所述具有预设载流子迁移率的量子点溶液，加入第五用量的氯化汞，再加入正己烷进行二次清洗时，将溶液分层后的上层正己烷取出，再进行离心；

20、其中，所述第一用量大于所述第二用量；所述第三用量小于所述第四用量，所述第四用量小于所述第五用量。

21、可选地，所述依次成膜第一类型量子点层、弱第一类型量子点层、本征型量子点层、弱第二类型量子点层以及第二类型量子点层，并进行固态配体交换，包括：

22、提供固态配体交换的处理溶液；所述处理溶液包括乙二硫醇、盐酸以及异丙醇；

23、依次成膜第一类型量子点层、弱第一类型量子点层、本征型量子点层、弱第二类型量子点层以及第二类型量子点层；

24、针对每一类型的量子点层，将成膜后的基底浸泡在所述处理溶液中第二预设时长，并清洗及吹干。

25、可选地，所述提供基底，包括：

26、提供三氧化二铝基底；

27、在所述三氧化二铝基底上采用磁控溅射形成氧化铟锡层，所述氧化铟锡层作为所述第一电极；

28、和/或，

29、所述形成第二电极，包括：

30、蒸镀金层。

31、本公开还提供了一种基于量子点同质梯度结的光电探测器，应用上述任一种方法实现；所述光电探测器包括：

32、基底；

33、设置在所述基底的一侧的第一电极；

34、依次层叠设置在所述第一电极背离所述基底一侧的第一类型量子点层、弱第一类型量子点层、本征型量子点层、弱第二类型量子点层以及第二类型量子点层；其中，所述第一类型和所述第二类型分别为p型和n型中的一种；

35、设置在所述第二类型量子点层背离所述第一电极一侧的第二电极。

36、可选地，该光电探测器中：

37、所述第一类型量子点层的厚度为50nm～70nm；

38、所述弱第一类型量子点层的厚度为30nm～50nm；

39、所述本征型量子点层的厚度为250nm～350nm；

40、所述弱第二类型量子点层的厚度为30nm～50nm；

41、所述第二类型量子点层的厚度为50nm～70nm；

42、所述第一电极的厚度为40nm～60nm；

43、所述第二电极的厚度为40nm～60nm。

44、可选地，所述量子点的响应波段包括中红外波段、近红外波段、远红外波段、紫外光波段以及可见光波段中的至少之一。

45、可选地，该光电探测器中：

46、所述第一类型量子点层包括第五用量氯化汞掺杂的碲化汞量子点；

47、所述弱第一类型量子点层包括第四用量氯化汞掺杂的碲化汞量子点；

48、所述本征型量子点层包括第三用量氯化汞掺杂的碲化汞；

49、所述弱第二类型量子点层包括第二用量硫化铵掺杂的碲化汞；

50、所述第二类型量子点层包括第一用量硫化铵掺杂的碲化汞；

51、所述第一电极包括氧化铟锡；

52、所述第二电极包括金；

53、其中，所述第一用量大于所述第二用量；所述第三用量小于所述第四用量，所述第四用量小于所述第五用量。

54、可选地，该光电探测器中：所述基底包括读出电路基底；

55、所述光电探测器还包括：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；

56、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。

57、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：

58、本公开实施例提供的基于量子点同质梯度结光电探测器制备方法包括：提供基底；基底的一侧形成有第一电极；基于液相配体交换制备n型量子点、弱n型量子点、本征型量子点、弱p型量子点以及p型量子点；在第一电极上依次成膜第一类型量子点层、弱第一类型量子点层、本征型量子点层、弱第二类型量子点层以及第二类型量子点层，并进行固态配体交换；其中，第一类型和第二类型分别为p型和n型中的一种；在第二类型量子点层背离第一电极的一侧形成第二电极。由此，通过将强n型、弱n型、本征型、弱p型、强p型的胶体量子点在垂直方向进行层叠堆积，制备得到基于pin同质梯度结的光电探测器，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，有利于收集到更多的光生载流子，进而有利于提升光电流；同时，温度变化对同质梯度结的内建电场影响较小，使得该光电探测器能够保持较好的高温工作性能，例如该光电探测器在室温下仍具有较好的工作性能。此外，采用液相配体交换结合固相配体交换的混相配体交换方式，有利于实现较高的载流子迁移率且利于稳定费米能级、除去膜层表面的多余配体，从而有利于提升器件性能。