【摘 要】
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光电探测器将光信号转化为电信号,在光互连、光通信、环境监测等科研和工业领域得到了越来越多的关注。钙钛矿因其带隙可调、光吸收系数大、制备方法简单和低成本成为光电探测器领域的优秀候选材料。而作为较传统的三维钙钛矿更加稳定的层状二维有机无机杂化钙钛矿成为近年来的焦点,但因空气与钙钛矿之间的折射率差异造成的光学损失,使得光利用率不高。利用微纳米光学结构进行光管理,为提高光电子器件的光吸收和提高入射光利用率
【基金项目】
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国家自然科学基金； 中央高校基金；
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光电探测器将光信号转化为电信号,在光互连、光通信、环境监测等科研和工业领域得到了越来越多的关注。钙钛矿因其带隙可调、光吸收系数大、制备方法简单和低成本成为光电探测器领域的优秀候选材料。而作为较传统的三维钙钛矿更加稳定的层状二维有机无机杂化钙钛矿成为近年来的焦点,但因空气与钙钛矿之间的折射率差异造成的光学损失,使得光利用率不高。利用微纳米光学结构进行光管理,为提高光电子器件的光吸收和提高入射光利用率提供了有效途径。本文利用PDMS纳米压印技术实现了层状钙钛矿PEA2MA3Pb4I13纳米线阵列的生长,并研究了其光电性能,最后构建了光栅钙钛矿增强的GaAs基光电探测器。具体研究成果如下:1.采用商用DVD光盘辅助的方法,制备了具有纳米沟道的PDMS模板,利用PDMS纳米压印技术实现了层状钙钛矿PEA2MA3Pb4I13纳米线阵列的生长。通过AFM、XRD、SEM等手段,证明了该方法可实现大规模、均匀排列的高质量纳米线阵列的生长。最后制备了基于钙钛矿PEA2MA3Pb4I13纳米线阵列的光电探测器并研究了其光电性能,制备的器件在530 nm处的响应度和增益分别为0.15 A/W和0.35。2.构建了光栅钙钛矿增强的GaAs基光电探测器,实现了从紫外（UV）-近红外（NIR）宽带性能增强。该器件在530 nm照明下显示出峰值光响应,响应度为0.3 A/W,比探测率和上升/下降时间分别为2.24×1010 Jones和0.6 ms/0.56ms。与没有光栅钙钛矿的器件相比,暗电流被抑制了2个数量级,光响应提高了215%。这归因于GaAs和光栅钙钛矿之间垂直内置电场的有效电荷分离以及衍射光栅产生的增强光捕获。3.均匀排列的光栅还显示出对偏振光的高灵敏度,制备的器件显示出约2.14的峰谷比。构建的成像系统实现了基于单像素点的24×24的灵敏偏振成像,这表明该器件在偏振敏感成像系统中的潜在应用。
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