光敏探测器和制备方法与流程
1.本发明属于光敏探测器技术领域，具体涉及一种光敏探测器和制备方法。
背景技术：
2.目前，将入射光信号转换为电信号的光电探测器，在光通信、摄影、天文学、环境传感、医学分析和安全设备中具有重要作用。光电探测器在实际应用中所需的重要特性包括光谱选择性、信噪比、灵敏度、稳定性及制造简单性等方面。传统材料的光电探测器应用材料，例如锗(ge)、硫化铅(pbs)及各种二维(2d)材料等，在实际应用也受到不同程度的制约。现有光电探测器上的光敏材料层对于光线的反射较多，光吸收的能力弱，不利于提高光电探测器的检测精确度和灵敏度。
技术实现要素：
3.本发明实施例的目的是提供一种光敏探测器和制备方法，用以解决光电探测器上的光敏材料层对光线的吸收能力弱的问题。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种光敏探测器，包括：
5.吸光层，所述吸光层包括光敏材料，所述吸光层的一侧表面分布有多个凹槽；
6.第一电极，所述第一电极设置在所述吸光层的另一侧，所述第一电极为透光电极；
7.第二电极，所述第二电极设置于所述吸光层的一侧。
8.其中，至少部分所述凹槽的底部沿所述吸光层的厚度方向贯穿。
9.其中，所述凹槽的内侧壁为弧形面。
10.其中，所述弧形面所在球面的半径为0.5-2μm。
11.其中，多个所述凹槽均匀间隔分布。
12.其中，相邻所述凹槽的间隔距离为0.5-2μm。
13.其中，所述光敏材料包括：
14.钙钛矿材料、a-si、ge、ingnas、pbs、zn2geo4和石墨烯中的至少一种。
15.其中，所述第二电极覆盖所述吸光层的部分区域。
16.其中，所述吸光层的厚度为400-2000nm；和/或
17.所述第二电极的厚度为80-200nm；和/或
18.所述光敏探测器还包括：基板，所述基板为透光材料件，所述基板设置于所述第一电极远离所述吸光层的一侧。
19.第二方面，本发明实施例提供了一种光敏探测器的制备方法，包括：
20.提供具有第一电极的基板，所述基板与所述第一电极均为透光材料件；
21.在所述第一电极远离所述基板的一侧形成吸光层，其中，所述吸光层包括光敏材料，所述吸光层远离所述基板的一侧表面分布有多个凹槽；
22.在所述吸光层远离所述基板的一侧形成第二电极。
23.其中，在所述第一电极远离所述基板的一侧形成吸光层的步骤包括：
24.在所述第一电极远离所述基板的一侧形成模板，所述模板包括多个微球；
25.沉积钙钛矿薄膜；
26.将沉积有钙钛矿薄膜的基板浸入溶剂中溶解所述微球形成吸光层。
27.在本发明实施例的光敏探测器中，吸光层包括光敏材料，所述吸光层的一侧表面分布有多个凹槽，所述第一电极设置在所述吸光层的另一侧，所述第一电极为透光电极，所述第二电极设置于所述吸光层的一侧。通过在吸光层表面设置多个凹槽，可以减少吸光层对光的反射，多次光散射有利于提高光吸收的能力，利于提高光电探测器的检测精确度和灵敏度，该探测器结构简单，检测可靠性高。
附图说明
28.图1为本发明实施例中光敏探测器的一个结构示意图；
29.图2为本发明实施例中光敏探测器的另一个结构示意图；
30.图3a为将微球模板置于基板上的一个示意图；
31.图3b为在基板上进行沉积光敏材料的一个示意图；
32.图3c为去除微球后的一个示意图；
33.图4a为将微球模板置于基板上的另一个示意图；
34.图4b为在基板上进行沉积光敏材料的另一个示意图；
35.图4c为去除微球后的另一个示意图；
36.图5为制备光敏探测器的一个流程图；
37.图6为微球在基板上的一个局部电镜图；
38.图7为吸光层的一个局部电镜图。
39.附图标记
40.吸光层10；凹槽11；通孔12；
41.第一电极21；第二电极22；
42.基板30；
43.微球40。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
46.下面结合附图1至图7所示，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的光敏探测器进行详细地说明。
47.如图1至图7所示，本发明实施例的光敏探测器包括：吸光层10、第一电极21、第二电极22，吸光层10包括光敏材料，吸光层10的一侧表面分布有多个凹槽11。比如，多个凹槽11在吸光层10的一侧表面可以呈阵列分布，以便更均匀地吸收光。第一电极21设置在吸光层10的另一侧，第一电极21为透光电极，第一电极11可以为氧化铟锡(ito)材料层。第一电极21的面积可以与吸光层10的面积相等，以便于第一电极21与吸光层10充分接触。第二电极22设置于吸光层10的一侧，第二电极22可以为金属电极，比如，第二电极22可以为金材料电极。
48.在本发明实施例的光敏探测器中，吸光层10包括光敏材料，吸光层10的一侧表面分布有多个凹槽11，第一电极21设置在吸光层10的另一侧，第一电极11为透光电极，第二电极12设置于吸光层10的一侧。通过在吸光层10表面设置多个凹槽，可以减少吸光层对光的反射，多次光散射有利于提高光吸收的能力，利于提高光电探测器的检测精确度和灵敏度，该探测器结构简单，检测可靠性高。
49.在一些实施例中，至少部分凹槽11的底部沿吸光层10的厚度方向贯穿。比如，每个凹槽11的底部可以沿吸光层10的厚度方向贯穿，可以使得整个吸光层10呈网状。比如，部分凹槽11的底部沿吸光层10的厚度方向贯穿有通孔12，通孔12的径向尺寸小于凹槽11的开口的尺寸。凹槽11的底部的通孔12可以为圆形、椭圆形、多边形等，凹槽11的开口的尺寸可以为圆形、椭圆形、多边形等，具体的形状可以根据实际的情况选择。
50.可选地，如图1、图2、图3c、图4c所示，凹槽11的内侧壁可以为弧形面，比如，凹槽11可以为半球状，通过弧形面有利于光线的吸收，减少光的反射。
51.可选地，弧形面所在球面的半径可以为0.5-2μm，比如，弧形面所在球面的半径可以为0.5μm或2μm，具体的半径可以根据实际的情况选择。
52.可选地，多个凹槽11均匀间隔分布，多个凹槽11在吸光层10的一侧表面可以呈阵列分布，以便更均匀地吸收光。
53.可选地，相邻凹槽11的间隔距离可以为0.5-2μm，比如，相邻凹槽11的间隔距离可以为1μm或2μm，具体的相邻凹槽11的间隔距离可以根据实际的情况选择。
54.在一些实施例中，光敏材料可以包括：钙钛矿材料、a-si、ge、ingnas、pbs、zn2geo4和石墨烯中的至少一种。比如，光敏材料可以包括钙钛矿材料，光敏材料可以包括ingnas，可以根据实际从现有的光敏材料选择一种或多种。钙钛矿材料可以表示为abo3，其中，a离子可以为阳离子，可以为半径较大的稀土或碱土金属元素，如ca、sr或ba等；b离子可以为阳离子，可以为半径较小的过渡金属元素，如ti、mn、pb、fe或sn等；o离子可以为阴离子，可以位卤素，如f(氟)、cl(氯)、br(溴)、i(碘)等，具体的钙钛矿材料可以根据实际情况选择。光敏材料可以为其他的二维(2d)光敏材料，比如石墨烯，可以根据实际从现有的材料选择。
55.可选地，如图1、图2和图5所示，第二电极22覆盖吸光层10的部分区域，第二电极22的数量可以为一个或多个，比如，第二电极22的数量可以为两个，两个第二电极22可以间隔设置，两个第二电极22可以覆盖吸光层10的部分区域。第二电极22可以为金材料电极，第二电极22可以为片状电极，比如，第二电极22可以为长片状电极，两个第二电极22可以共面设置。
56.可选地，吸光层10的厚度可以为400-2000nm，比如，吸光层10的厚度可以为400nm或1000nm，吸光层10的具体厚度可以为根据实际选择。
57.可选地，第二电极22的厚度可以为80-200nm，比如，第二电极22的厚度可以为80nm或100nm，第二电极22的具体厚度可以为根据实际选择。
58.在一些实施例中，凹槽11的内侧壁可以为弧形面，弧形面所在球面的半径可以为0.5-2μm，相邻凹槽11的间隔距离可以为0.5-2μm。吸光层10可以包括第一区域、第二区域，第一区域中的凹槽11的径向尺寸与第二区域中的凹槽11的径向尺寸可以不同，比如，第一区域中的凹槽11的径向尺寸可以小于第二区域中的凹槽11的径向尺寸，使得吸光层10的不同区域可以具有不同的检测能力，可以根据需要选择不同的区域进行探测。
59.可选地，吸光层10可以包括第一区域、第二区域，第一区域中的凹槽11的分布密度与第二区域中的凹槽11的分布密度可以不同，比如，第一区域中的凹槽11的分布密度可以小于第二区域中的凹槽11的分布密度，第二区域中的凹槽11的分布密度大可以有利于光线的吸收。不同区域中的凹槽11的分布密度不同，可以使得吸光层10的不同区域可以具有不同的检测能力，可以根据需要选择不同的区域进行探测。
60.可选地，吸光层10可以包括第一区域、第二区域，第一区域中吸光层10的材料与第二区域中吸光层10的材料可以相同或不同。第一区域中吸光层10的材料与第二区域中吸光层10的材料可以不同，比如，第一区域中吸光层10的材料可以为a-si，第二区域中吸光层10的材料可以为pbs，可以使得吸光层10的不同区域可以具有不同的检测能力，可以根据需要选择不同的区域进行探测。
61.在一些实施例中，如图2、图3c、图4c所示，光敏探测器还可以包括：基板30，基板30为透光材料件，比如，基板10可以为透光的玻璃基板。基板30可以设置于第一电极21远离吸光层10的一侧，第一电极21位于吸光层10与基板30之间，基板30可以具有支撑和保护作用。
62.本发明实施例的光敏探测器的制备方法，包括：
63.提供具有第一电极21的基板30，基板30与第一电极21均为透光材料件；
64.在第一电极21远离基板30的一侧形成吸光层10，其中，吸光层10包括光敏材料，吸光层10远离基板30的一侧表面分布有多个凹槽11；
65.在吸光层10远离基板30的一侧形成第二电极22。
66.基板10可以为透光的玻璃基板，第一电极11可以为氧化铟锡(ito)材料层。多个凹槽11在吸光层10的一侧表面可以呈阵列分布，以便更均匀地吸收光。第一电极21的面积可以与吸光层10的面积相等，以便于第一电极21与吸光层10充分接触。
67.通过本发明实施例的方法制备的光敏探测器，吸光层10的一侧表面分布有多个凹槽11，第一电极21设置在吸光层10的另一侧，第一电极11为透光电极，第二电极12设置于吸光层10的一侧。通过在吸光层10表面设置多个凹槽11，可以减少吸光层对光的反射，多次光散射有利于提高光吸收的能力，利于提高光电探测器的检测精确度和灵敏度，该探测器结构简单，检测可靠性高。
68.在本发明的实施例中，在第一电极21远离基板30的一侧形成吸光层的步骤可以包括：
69.在第一电极21远离基板30的一侧形成模板，模板包括多个微球40；
70.沉积钙钛矿薄膜；
71.将沉积有钙钛矿薄膜的基板浸入溶剂中溶解微球40形成吸光层10。
72.在制备过程中，多个微球40之间可以相互接触或间隔开一定的间距，由于微球40
的存在，在沉积钙钛矿薄膜的过程中，钙钛矿材料会沉积在微球40之间的间隙中，在微球与基板30之间的间隙中会沉积钙钛矿材料；在沉积的钙钛矿薄膜达到所需的厚度时，可以将沉积有钙钛矿薄膜的基板浸入溶剂中溶解微球40形成吸光层10，通过溶剂可以溶解微球40，在微球所在的位置形成凹槽11，进而形成吸光层10。
73.在本发明的实施例中，至少部分凹槽11的底部可以沿吸光层10的厚度方向贯穿。
74.可选地，凹槽11的内侧壁可以为弧形面，弧形面所在球面的半径可以为0.5-2μm，比如，弧形面所在球面的半径可以为0.5μm或2μm。凹槽11可以为半球状，通过弧形面有利于光线的吸收，减少光的反射。
75.可选地，多个凹槽11均匀间隔分布，多个凹槽11在吸光层10的一侧表面可以呈阵列分布，以便更均匀地吸收光。相邻凹槽11的间隔距离可以为0.5-2μm，比如，相邻凹槽11的间隔距离可以为1μm或2μm。
76.可选地，光敏材料可以包括：钙钛矿材料、a-si、ge、ingnas、pbs、zn2geo4和石墨烯中的至少一种。比如，光敏材料可以包括钙钛矿材料，光敏材料可以包括ingnas，可以根据实际从现有的光敏材料选择一种或多种。
77.可选地，第二电极22覆盖吸光层10的部分区域，第二电极22的数量可以为一个或多个，比如，第二电极22的数量可以为两个，两个第二电极22可以间隔设置，两个第二电极22可以覆盖吸光层10的部分区域。第二电极22可以为金材料电极，第二电极22可以为片状电极，比如，第二电极22可以为长片状电极，两个第二电极22可以共面设置。
78.可选地，吸光层10的厚度可以为400-2000nm，比如，吸光层10的厚度可以为400nm或1000nm。第二电极22的厚度可以为80-200nm，比如，第二电极22的厚度可以为80nm或100nm，吸光层10与第二电极22的具体厚度可以为根据实际选择。
79.在制备过程中，如图3a至图3c以及如图4a至图4c、图5所示，可以先清洗干燥ito玻璃基板，将微球40转移到基板30上，然后在基板30上沉积光敏材料，比如，可以在基板30上沉积钙钛矿材料，沉积到一定的厚度时，停止沉积，然后去除微球40，在基板30上形成具有凹槽11的吸光层10。根据微球的排布间距以及排布情况可以获得不同直径和排布情况的凹槽。基板30上放置微球的表面可以是光滑的平面，也可以是表面粗糙的平面，比如，表面可以具有微凸起，以便于微球的放置。
80.在具体制备过程中，可以包括以下步骤：
81.清洗干燥ito玻璃基板；
82.将由微球在水面上自组装组成的单层薄膜模板转移到基板上；微球可以为聚苯乙烯(ps)球，便于后续通过溶剂去除；
83.随后将具有模板的基板在90℃下退火3分钟以增强其与基板的接触，微球在基板上的电镜示意图可以如图6所示；
84.以ch3nh3pbi3光敏材料为例，进行沉积薄膜，具体如下：
85.可以采用蒸镀或者旋涂工艺制备，其中，(1)旋涂工艺可以包括：在惰性气体手套箱中，配置钙钛矿前驱体溶液，mai(化胺)和pbi2以摩尔比1：1混合在dmf(n,n-二甲基甲酰胺)/dmso(二甲基亚砜)(v:v＝9:1)的混合溶剂中，搅拌0.5h，使用前过滤；调节转速为2000-5000rpm/min，旋涂时间为20-60s，在旋涂开始后2-15s范围内快速滴加200μl的反溶剂氯苯(cb)，以便于结晶，形成钙钛矿薄膜；随后基板放置到加热板上100℃退火30min备
用；(2)蒸镀工艺可以包括：基板转移到真空蒸镀设备，预先进行mai的蒸镀，形成mai的氛围，随后控速，以1a(埃)/s的厚度沉积速度进行pbi2的沉积，以形成钙钛矿薄膜；
86.将沉积有钙钛矿薄膜的基板进行模板的去除：将基板浸入甲苯溶剂中进行ps微球的溶解，随后将基板再次在100℃退火30min备用；如图7所示，钙钛矿形成的吸光层10可以呈现六边形排列的凹槽，凹槽开口为圆形，凹槽的周期性间距可以为1μm，使用ps微球的直径可以为1μm，凹槽的周期性与直径为1μm微球组成的模板的排布周期性一致；
87.如图5所示，在吸光层10上可以进行第二电极22的沉积，第二电极22可以为金材料，形成具有横向结构的钙钛矿光电探测器。钙钛矿材料吸光层的厚度可以为400-2000nm，金属电极厚度可以控制在80-200nm范围内，具体的厚度可以根据实际需要选择。
88.在其他相同条件下，通过使用不同直径的ps微球作为模板，可以调整吸光层上凹槽的孔径和周期性排布情况，例如，可以使用直径2μm的ps微球制备周期性间距约为2μm的凹槽。
89.在制备过程中，模板微球的存在限制了钙钛矿晶体的结晶空间，导致溶剂蒸发延缓并减慢结晶过程，导致较大晶粒优先生长，结晶度增强。通过本发明中的方法制备吸光层，降低结晶过程的空间，降低结晶动力学过程。由于凹槽内的光反射减少和多次光散射增加，导致吸光层的吸收光的能力增强。
90.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
技术特征：
1.一种光敏探测器，其特征在于，包括：吸光层，所述吸光层包括光敏材料，所述吸光层的一侧表面分布有多个凹槽；第一电极，所述第一电极设置在所述吸光层的另一侧，所述第一电极为透光电极；第二电极，所述第二电极设置于所述吸光层的一侧。2.根据权利要求1所述的光敏探测器，其特征在于，至少部分所述凹槽的底部沿所述吸光层的厚度方向贯穿。3.根据权利要求1所述的光敏探测器，其特征在于，所述凹槽的内侧壁为弧形面。4.根据权利要求3所述的光敏探测器，其特征在于，所述弧形面所在球面的半径为0.5-2μm。5.根据权利要求1所述的光敏探测器，其特征在于，多个所述凹槽均匀间隔分布。6.根据权利要求5所述的光敏探测器，其特征在于，相邻所述凹槽的间隔距离为0.5-2μm。7.根据权利要求1所述的光敏探测器，其特征在于，所述光敏材料包括：钙钛矿材料、a-si、ge、ingnas、pbs、zn2geo4和石墨烯中的至少一种。8.根据权利要求1所述的光敏探测器，其特征在于，所述第二电极覆盖所述吸光层的部分区域。9.根据权利要求1所述的光敏探测器，其特征在于，所述吸光层的厚度为400-2000nm；和/或所述第二电极的厚度为80-200nm；和/或所述光敏探测器还包括：基板，所述基板为透光材料件，所述基板设置于所述第一电极远离所述吸光层的一侧。10.一种光敏探测器的制备方法，其特征在于，包括：提供具有第一电极的基板，所述基板与所述第一电极均为透光材料件；在所述第一电极远离所述基板的一侧形成吸光层，其中，所述吸光层包括光敏材料，所述吸光层远离所述基板的一侧表面分布有多个凹槽；在所述吸光层远离所述基板的一侧形成第二电极。11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在所述第一电极远离所述基板的一侧形成吸光层的步骤包括：在所述第一电极远离所述基板的一侧形成模板，所述模板包括多个微球；沉积钙钛矿薄膜；将沉积有钙钛矿薄膜的基板浸入溶剂中溶解所述微球形成吸光层。
技术总结
本发明公开了一种光敏探测器和制备方法，光敏探测器包括：吸光层，吸光层包括光敏材料，吸光层的一侧表面分布有多个凹槽；第一电极，第一电极设置在吸光层的另一侧，第一电极为透光电极；第二电极，第二电极设置于吸光层的一侧。在本发明的光敏探测器中，吸光层包括光敏材料，吸光层的一侧表面分布有多个凹槽，第一电极设置在吸光层的另一侧，第一电极为透光电极，第二电极设置于吸光层的一侧。通过在吸光层表面设置多个凹槽，可以减少吸光层对光的反射，多次光散射有利于提高光吸收的能力，利于提高光电探测器的检测精确度和灵敏度，该探测器结构简单，检测可靠性高。检测可靠性高。检测可靠性高。
