[发明专利]基于甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜的可见光窄波段光电探测器

说明书

本发明公开了基于甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜的可见光窄波段光电探测器，是在玻璃基板上通过空间限域模板法生长有特定厚度的甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜，在甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜上设置有与其呈现欧姆接触的金叉指电极。本发明的可见光窄波段光电探测器在使用时，入射光从玻璃基板一侧照射，通过改变甲基胺铅卤钙钛矿单晶中卤素原子的比例调节其带隙以控制单晶响应的截止波段，同时利用载流子收集窄化机制实现对短波光的自滤波作用，从而使器件实现对可见光的窄波段响应。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种可见光窄波段光电探测器及其制备方法。

背景技术

在电磁波谱中，一般将波长位于400nm-760nm之间的波段划分为可见光波段，位于此波段范围内的电磁波能够被人眼识别、感知并反馈信息给人脑，位于可见光波段的电磁波也是日常生活中最常用的波段之一。光电探测器根据其光谱响应半高宽，可以划分为宽波段光电探测器和窄波段光电探测器，宽波段光电探测器响应波长范围宽，主要应用于不同环境下的多色探测，以及对光谱区分度要求较低的弱光探测等领域。然而，随着科技的进步，在光电探测领域中，对于光谱区分的需求越来越高。可见光窄波段光电探测器在图像传感、环境监测、可见光通讯、生物传感和国防军工等领域均有着重要应用。因此，响应光谱半高宽小于100nm的窄波段光电探测器在未来具有巨大的应用价值。

在目前的商业化应用当中，常用的窄光谱光电探测器例如电感耦合器件(CCD)成像系统，是通过将宽光谱光电探测器与带通滤光片结合，从而实现窄光谱探测。使用带通滤光片的方法，不仅增加了制造成本，也提高了器件制造过程的复杂程度，不利于探测器阵列的单片集成和高像素密度集成。也有人提出使用窄光谱吸收材料，实现特定波段的窄光谱探测，例如二羟基氧萘基共轭聚合物(PNa6-Th)，这种聚合物被合成后表现出明显的窄光谱吸收特性，其吸收峰值位于420nm，其响应光谱半峰宽小于100nm。使用窄光谱吸收材料能够在结构简单且成本较低的情况下实现窄光谱探测，但目前的材料合成技术无法实现定向合成某一波段的窄光谱吸收材料，距离实际应用还有相当的距离。也有人提出基于等离激元-光子模式耦合实现窄光谱光电探测，利用等离子激元金属纳米结构的等离子激元共振模式与半导体层的光学波导模式之间的耦合共振增强特定波段的光吸收实现窄波段探测；但其器件结构包含等离子激元金属纳米结构，制造成本较高且工艺相对复杂，并且等离子激元金属纳米结构由于其属于纳米尺度材料，其功能稳定性的保持存在相当的难度。

发明内容

鉴于现有窄波段探测器存在的问题，本发明提出一种基于甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜的可见光窄波段光电探测器。由于甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜能带间隙从1.59eV-3.04eV连续可调，通过选用特定卤素原子比例的钙钛矿单晶薄膜，本发明提出的窄波段可见光探测器探测范围从400nm-780nm波段连续可调。利用器件从玻璃基板一侧受光，金叉指电极一侧收集光生载流子，通过特定厚度的钙钛矿单晶对短波光的自滤波作用实现光的窄波段探测。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

基于甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜的可见光窄波段光电探测器，其特点在于：所述可见光窄波段光电探测器是在玻璃基板上设置有特定厚度的甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜，在所述甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜上设置有金叉指电极。由于金的功函数大于甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜电子束缚能，金叉指电极与所述甲基胺铅卤钙钛矿单晶薄膜之间呈欧姆接触。