[发明专利]一种量子点结构光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种量子点结构光电探测器的制备方法，具有一覆盖有介质层的高掺杂衬底，包括以下步骤：在介质层上形成二维材料层；在二维材料层的表面涂覆量子点材料层溶液，形成量子点材料层；在量子点材料层上制作一层图形化的透明导电膜，完成器件制备。一种电压辅助的量子点结构光电探测器，从下到上依次包括高掺杂衬底、介质层、二维材料层、量子点材料层及透明导电膜，二维材料层上形成源电极和漏电极；二维材料层与量子点材料层接触形成内建电场；透明导电膜与高掺杂衬底之间施加一个与内建电场方向一致的可调的调制电压。本发明可以提高器件的响应速度和光电流增益，使器件性能得到显著提升。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种电压辅助的量子点结构光电探测器。

背景技术

石墨烯和类石墨烯二维(2D)材料因其非凡的电子和光学性质引起了广泛关注，其在光电应用如光电探测中具有很大的潜力。虽然石墨烯和类石墨烯二维材料的研究取得了很大的进展，但基础和实践方面存在的问题仍阻碍着石墨烯和类石墨二维材料的应用。

石墨烯是一种单原子层状的二维材料，碳原子排列在六角蜂窝状晶格中，具有许多吸引人的电子、光学、力学和热学性质。在石墨烯中传递的电子表现为无质量的Dirac费米子，能量和动量之间呈线性关系，这使得石墨烯的电荷载流子迁移率在常温下能达到10⁵cm²/Vs，在低温下能达到10⁶cm²/Vs。这种优异的电子性质引起了人们的广泛关注，使石墨烯用于高频和高速电子器件、场效应晶体管和反相器成为可能，石墨烯被视为硅的替代材料。然而，石墨烯的零带隙和半金属特性阻碍了其在逻辑开关器件的应用，但是这个所谓的“缺点”却利于其在光电子方面的应用，因为它打破了光子能量小于带隙的光线对其它半导体的“长波长限制”。而且，单层石墨烯在300-2500nm范围内的光吸收系数可达到7x10⁵cm^-1，远远高于传统的半导体材料。这些优异的光学性能使石墨烯制成的各种功能器件，如发光二极管、太阳能电池、光催化剂、生物传感器、光电探测器中的支撑和/或活性材料，均具有很好的发展前景。

目前，一些新型结构的探测器均基于石墨烯，较为典型的有三种：第一种是两层石墨烯电极中间夹一层六方氮化硼介质层，沟道包含了介质层，这种器件的特点是暗电流比较低，开关比很高；第二种是两层石墨烯中间夹一层介质层，但是沟道是下层石墨烯并没有包含介质层，而上层石墨烯与介质层起到了对下层石墨烯光调制作用，这种器件增益系数很大，响应提高了很多；第三种一层石墨烯与其他材料的异质结中间夹了一层介质层，石墨烯作为沟道，介质层不在其中。

石墨烯的弱光吸收特性，以及其没有从一个入射光子产生多个电荷载体的增益机制限制了石墨烯基光电探测器的响应。2012年，GerasimosKonstantatos提出了将量子点和石墨烯混合的想法从而制备出量子点石墨烯混合光探测器，在由单层或双层石墨烯组成的混合光电探测器上覆盖有胶体量子点薄膜，展示了10⁸个光电增益，器件具有近10⁷A/W的响应度，增加了可调量子点层中光吸收产生并转移到石墨烯的电荷，由于石墨烯的高电荷迁移率和量子点层的长俘获寿命，使得量子点中束缚的载流子在复合前，有大量的相反载流子经过石墨烯沟道在两个电极间流动，使得器件的光电流增益大幅增加。该光探测器具有7x10¹³J的特定检测灵敏度，并且开关和器件响应度高，但是存在暗电流大、响应速度慢的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子点结构光电探测器及其制备方法，该光电探测器使得量子点材料中的光生载流子可以更快速、更容易地进入二维材料导电沟道，进而提高器件的响应速度和光电流增益，使器件性能得到显著提升。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种量子点结构光电探测器的制备方法具有一覆盖有介质层的高掺杂衬底，包括以下步骤：

S1、将二维材料转移到所述介质层上，形成二维材料层；