【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光電探測，具體涉及梯度帶隙光電二極管探測器及其制備方法、重構光譜儀。
技術介紹
1、光譜儀被廣泛應用于醫療保健、食品安全監測、便攜式或可穿戴傳感設備、無人機遙感和空間探索等領域，傳統光譜儀使用干涉儀、光柵、棱鏡和機械系統來解析光譜，光譜儀設備結構復雜，體型較大。基于此，使用具有不同帶隙的光電探測器陣列結合光譜重構算法的計算光譜儀，成為實現光譜儀微型化和集成化的有效策略。鈣鈦礦、硒硫化鎘、氮化銦鎵等具有不同帶隙的半導體材料，開始被用于制備光電探測器的光敏層，以形成具有不同帶隙的光電探測器。不同帶隙的光電探測器對特定波長光有特定的光響應譜，結合所測得的未知入射光譜的響應電流，再利用光譜重構算法對方程組進行求解，從而重構出待測光的光譜。
2、然而，光電探測器分為光電倍增管、光電導管、光電二極管等基本類型，相關技術中具有將用于制備光敏電阻的梯度帶隙cdsxse1-x納米線用作重構光譜儀，或者將梯度帶隙三維鹵化物鈣鈦礦mapbx3(x＝cl、br、i)納米線用作重構光譜儀的方案，但上述兩種方案中其光電探測器類型均為光電導型，光譜儀重構算法對光電導型光電探測器得到的方程組只能作線性近似求解，這極大的影響了重構光譜的準確性，限制了具有光電探測器的微型光譜儀的分辨率。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種梯度帶隙光電二極管探測器及其制備方法、重構光譜儀，以解決現有光譜儀分辨率和準確性低的問題。
2、第一方面，本專利技術提供一種梯度帶隙光電二極管探測
3、提供襯底；
4、在襯底的一側表面形成導電層；
5、在襯底具有導電層的一側表面形成第一載流子傳輸層；
6、在第一載流子傳輸層背離襯底的一側表面形成初始半導體光敏層；
7、將具有導電層、第一載流子傳輸層以及初始半導體光敏層的襯底，沿第一預設方向自襯底的第一端逐步浸入到反應溶液中；
8、沿第一預設方向、由襯底的第一端朝向與第一端相對的第二端，從反應溶液中提拉出襯底，以形成沿第一預設方向帶隙逐漸變化的梯度帶隙半導體光敏層；
9、在梯度帶隙半導體光敏層背離襯底的一側表面形成第二載流子傳輸層；
10、在第二載流子傳輸層背離襯底的一側表面上形成多個第一電極結構，在襯底上形成第二電極結構；多個第一電極結構陣列排布，第二電極結構與導電層連接。
11、有益效果：本專利技術的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，通過鹵素離子在溶液中交換的方式形成梯度帶隙半導體光敏層，也即梯度帶隙鈣鈦礦層，以及在梯度帶隙半導體光敏層的上下兩側通過諸如旋涂法形成第一載流子傳輸層和第二載流子傳輸層，也即電子傳輸層和空穴傳輸層，從而形成p-i-n型或n-i-p型光電二極管結構，之后設置陣列排布的多個第一電極結構，最終形成具有梯度帶隙的光電二極管型的光電探測器，將從襯底方向入射的光信號轉換為電信號，在保證梯度帶隙半導體光敏層有不同的光譜響應的基礎上，提高了光生載流子的提取，使光電探測器具有寬的動態響應范圍和快的響應速度，梯度帶隙半導體光敏層與陣列排布的第一電極結構構成了光電二極管陣列光電探測器陣列，有助于光譜重構算法線性求解的準確性，具有光譜分辨率高，工藝簡單且易于集成的特點。
12、在一種可選的實施方式中，襯底的材料包括玻璃、石英、藍寶石、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯、聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸類塑料中的任意一種或多種。具有不同襯底材料的選擇有助于提高梯度帶隙光電二極管探測器的適用性。
13、在一種可選的實施方式中，導電層位于襯底一側的部分表面；第一載流子傳輸層覆蓋部分襯底，以露出部分襯底和部分導電層，第二電極結構設置在露出的襯底上，以與導電層連接。
14、有益效果：在垂直堆疊的器件中，電流密度的計算是測量的電流值除以器件的有效面積，即第一電極結構和第二電極結構與導電層之間的耦合區域，使用部分沉積導電層相較整面沉積導電層，可以更精準控制器件有效面積的大小，提高重構光譜的準確性。
15、在一種可選的實施方式中，在第一載流子傳輸層背離襯底的一側表面形成初始半導體光敏層中，初始半導體光敏層的材料包括碘鉛甲胺、其他金屬鹵化物鈣鈦礦、硒硫化鎘、氮化銦鎵、硅鍺合金、有機半導體中的任意一種；初始半導體光敏層的形成方法包括旋涂、噴涂、狹縫涂布、噴墨打印、熱蒸鍍、金屬有機物化學氣相沉積中的任意一種或多種。
16、有益效果：初始半導體光敏層包括多種材料，其形成方式也具有多種，提供初始半導體光敏層的多種適用可能。比如通過旋涂以及退火處理的方式形成碘鉛甲胺初始半導體光敏層，為后續以鹵素離子交換的方式形成梯度帶隙半導體光敏層提供基礎。
17、在一種可選的實施方式中，將具有導電層、第一載流子傳輸層以及初始半導體光敏層的襯底，沿第一預設方向自襯底的第一端逐步浸入到反應溶液中，包括：
18、將襯底的第二端未設置初始半導體光敏層的一側固定在夾持組件上；
19、沿第一預設方向，將襯底自與第二端相對的第一端逐漸浸入反應溶液中，直至初始半導體光敏層靠近第二端的一段與反應溶液的表面相距預設距離。
20、有益效果：通過轉動具有導電層、第一載流子傳輸層以及初始半導體光敏層的襯底，使初始半導體光敏層在平面上形成不同組分范圍的帶隙區域，且使用具有刻度標示的夾持組件進行高度范圍上的位置變換，有助于實現精準的梯度范圍控制，進而保證光譜重構算法線性求解的準確性。
21、在一種可選的實施方式中，反應溶液包括具有甲基溴化銨的異丙醇溶液。
22、有益效果：碘鉛甲胺初始半導體光敏層與甲基溴化銨在異丙醇溶液中進行鹵素離子交換，以形成從碘鉛甲胺到溴鉛甲胺逐漸過渡的梯度帶隙半導體光敏層，從而使得光電二極管型光電探測器具有不同的光響應范圍，且形成線形變化的動態范圍，提供在光譜儀中獲取不同的響應度的條件，從而提高光譜重構算法線性求解的準確性。
23、在一種可選的實施方式中，預設距離為0.75mm。
24、有益效果：保留初始半導體光敏層具有0.75mm長度的區域不浸入具有甲基溴化銨的異丙醇溶液，精準控制保留區域的范圍，以保證初始半導體光敏層具有完全是碘鉛甲胺的部分區域。
25、在一種可選的實施方式中，第一電極結構的寬度為0.5mm，第二電極結構的寬度為0.5mm；相鄰的第一電極結構之間的間距為0.5mm，第一電極結構的數量為12的倍數。
26、有益效果：合理設置第一電極結構和第二電極結構的寬度均為0.5mm，且設置相鄰的第一電極結構之間的間距同樣為0.5mm，有助于實現對第一電極結構和第二電極結構與導電層之間的耦合區域大小的控制。采用工底部導電層、頂部的第一電極結構和第二電極結構分立的設計，工藝簡單，在保證梯度帶隙光電二極管獨立工作的前提下，減少了電極結構的數量，方便測量，且第一電極結構和第二電極結構面積和間距的合理化設計有助于減小光電探測器以及光譜本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述襯底的材料包括玻璃、石英、藍寶石、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯、聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸類塑料中的任意一種或多種。
3.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述導電層位于所述襯底一側的部分表面；所述第一載流子傳輸層覆蓋部分所述襯底，以露出部分所述襯底和部分所述導電層，所述第二電極結構設置在露出的所述襯底上，以與所述導電層連接。
4.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述在所述第一載流子傳輸層背離所述襯底的一側表面形成初始半導體光敏層中，所述初始半導體光敏層的材料包括碘鉛甲胺、其他金屬鹵化物鈣鈦礦、硒硫化鎘、氮化銦鎵、硅鍺合金、有機半導體中的任意一種；所述初始半導體光敏層的形成方法包括旋涂、噴涂、狹縫涂布、噴墨打印、熱蒸鍍、金屬有機物化學氣相沉積中的任意一種或多種。
5.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制
6.根據權利要求4所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述反應溶液包括具有甲基溴化銨的異丙醇溶液。
7.根據權利要求5所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述預設距離為0.75mm。
8.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述第一電極結構的寬度為0.5mm，所述第二電極結構的寬度為0.5mm；相鄰的所述第一電極結構之間的間距為0.5mm，所述第一電極結構的數量為12的倍數。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，
10.一種梯度帶隙光電二極管探測器，采用權利要求1-9中任一項所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法制得，其特征在于，包括：
11.一種梯度帶隙光電二極管重構光譜儀，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述襯底的材料包括玻璃、石英、藍寶石、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯、聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸類塑料中的任意一種或多種。
3.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述導電層位于所述襯底一側的部分表面；所述第一載流子傳輸層覆蓋部分所述襯底，以露出部分所述襯底和部分所述導電層，所述第二電極結構設置在露出的所述襯底上，以與所述導電層連接。
4.根據權利要求1所述的梯度帶隙光電二極管探測器的制備方法，其特征在于，所述在所述第一載流子傳輸層背離所述襯底的一側表面形成初始半導體光敏層中，所述初始半導體光敏層的材料包括碘鉛甲胺、其他金屬鹵化物鈣鈦礦、硒硫化鎘、氮化銦鎵、硅鍺合金、有機半導體中的任意一種；所述初始半導體光敏層的形成方法包括旋涂、噴涂、狹縫涂布、噴墨打印、熱蒸鍍、金屬有機物化學氣相沉積中的任意一種或多種。
5.根據權利要求1所述的梯度帶隙...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳孟瑜，萬子昂，李澄，黃凱，李金釵，張榮，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：
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