[发明专利]带有增益(EC)的上转换器件和光检测器

说明书

本发明涉及一种带有增益(EC)的上转换器件和光检测器。其中本发明实施方案涉及带有增益的IR光检测器，其产生自将电荷倍增层(CML)置于光检测器的阴极和IR敏化层之间，其中在CML处累积的电荷降低了阴极和CML之间的能差以促进电子的注入，这导致了单载子电子元件的增益。本发明的其它实施方案涉及将带有增益的IR光检测器纳入可用在夜视和其它应用中的IR至可见光上转换器件中。

本申请是发明名称为“带有增益(EC)的上转换器件和光检测器”、申请号为201280010508.9的中国专利申请的分案申请，该201280010508.9申请的申请日为2012年2月28日，优先权日为2011年2月28日。

技术领域

本发明涉及一种带有增益的上转换器件和光检测器。

背景技术

现有的夜视镜是加强现有的光而不是依靠其自身光源的复杂光电器件。在典型的配置中，被称为物镜的常规镜头捕获环境光线和一些近红外光。然后将所收集的光送至图像增强管。图像增强管可利用光电阴极将光能的光子转换成电子。当电子穿过管时，可以有更多的电子从管内的原子释放，使初始的电子数乘以数千的因子，其通常利用微通道板(MCP)来实现。图像增强管可定位为使得级联电子(cascaded electrons)撞击管末端的涂覆有磷光体的屏，在管的末端电子保留它们所穿过的通道的位置。电子的能量导致磷光体达到激发态并释放光子以在屏上产生绿色图像，这赋予了夜视的特征。可通过目镜(图像在此处放大并聚焦)观察绿色磷光体图像。

近来，因为光上转换器件在夜视、测距和安全性以及半导体晶片检查中的潜在应用，它们引起了人们极大的研究兴趣。早期的近红外(NIR)上转换器件主要基于其中光检测部分与发光部分串联的无机半导体异质结结构。上转换器件主要通过光检测的方法来区别。器件的上转换效率通常非常低。例如，一种集成了发光二极管(LED)和基于半导体的光检测器的近红外-可见光上转换器件表现出仅有0.048(4.8％)W/W的最大外部转换效率。混杂型有机/无机上转换器件(其中InGaAs/InP光检测器与有机发光二极管(OLED)耦联)表现出0.7％W/W的外部转换效率。目前无机上转换器件和混合上转换器件的制造非常昂贵，并且用于制造这些器件的工艺不适宜大面积应用。人们正在努力实现具有更高转换效率的低成本上转换器件，然而尚未确认存在可能具有足够效率的用于实用上转换器件的器件。因此，仍然需要上转换器件实现更高的效率，所述上转换器件能够使用目前可用的红外光检测器和发光材料并且可以以具有成本效益的方式制造。

发明内容

本发明的实施方案涉及带有增益的IR光检测器，其包含阴极、IR敏化材料层、电荷倍增层(CML)和阳极。CML将IR敏化材料层和阴极分隔开并在无IR辐射的情况下具有比阴极的费米能级高0.5eV以上的LUMO能级。或者，CML将IR敏化材料层与阳极分隔开并在无IR辐射的情况下具有比阳极费米能级低0.5eV以上的HOMO能级。在本发明的实施方案中，IR敏化材料层包含PCTDA、SnPc、SnPc：C₆₀、AlPcCl、AlPcCl：C60、TiOPc、TiOPc：C₆₀、PbSe QDs、PbSQDs、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge或GaAs，且CML包含萘四羧酸酐(NTCDA)、2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)、对-双(三苯基甲硅烷基)苯(UGH2)、4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BPhen)、三-(8-羟基喹啉)铝(Alq₃)、3，5’-N，N’-二咔唑-苯(mCP)、C₆₀、三[3-(3-吡啶基)基]硼烷(3TPYMB)、ZnO或TiO₂。在本发明的其它实施方案中，IR敏化材料层包含PbSe QDs和PbS QDs，且CML包含油酸、乙酰胺(actylamine)、乙硫醇、乙二硫醇(ethandithiol，EDT)、或苯二硫醇(bensenedithiol，BTD)。带有增益的IR光检测器可进一步包含将IR敏化材料层与阳极分隔开的空穴阻挡层。