一种双PIN型探测器、制备方法及应用
本申请涉及光电探测器，尤其涉及一种双pin型探测器、制备方法及应用。
背景技术：
1、激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，被广泛应用于自动驾驶、工业生产、增强现实、非接触式测距等领域。激光雷达探测端为飞行时间(tof)探测器，其通过探测光束从光源发射到反射光被探测器接收的时间来计算出被测物体与探测器之间的距离。飞行时间探测器的响应速度直接决定了激光雷达的距离探测精度，因此，一个高响应速度的探测器件对于激光雷达来说显得格外重要。
2、pin二极管探测器是目前主流的飞行时间探测器的器件结构，pin二极管的探测器由于其低工作偏压以及更加小型的器件结构而被广泛应用。对于pin二极管探测器而言，响应时间主要由光生载流子从产生到被电极收集到的渡越时间以及由结电容和串联电阻组成的阻容时间。
3、近年来，铅基胶体量子点材料由于其吸收覆盖短波红外波段、高吸收系数以及易于硅基集成等优势被广泛应用制备短波红外芯片，展现了铅基胶体量子点材料在光电转换上的优异性能。但是，胶体量子点探测器过长的响应时间阻碍了其在飞行时间探测器上的应用，在胶体量子点探测器中，载流子渡越时间从几纳秒到十几纳秒，足以满足探测器进行厘米到分米级测距的要求，但是阻容时间较长，通常在百纳秒到微秒量级，导致胶体量子点探测器响应时间过长。过长的阻容时间是主要由于探测器中过大的结电容引起的，因此需要减小结电容以缩短阻容时间。目前常见的减小结电容的手段为：(1)减小器件面积；(2)增大器件结区厚度；其中减小器件面积虽然可以显著提高器件的响应速度，但是器件接收到的光信号量也会显著减小，更容易受到电路噪声的影响；而增大器件结区厚度虽然减少了阻容时间但是会导致渡越时间显著增加。
4、因此，如何在不减小探测器接收到的光信号量的条件下提高探测器的响应速度是亟需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本申请提供了一种双pin型探测器、制备方法及应用，与传统的pin型探测器相比，双pin型探测器通过结电容串联的方式在不减小器件面积的基础上减小了结电容，从而达到缩短响应时间的目的，同时，该双pin型探测器保持了较高的外量子效率。测试结果显示，本申请提供的双pin型探测器的响应时间相比于传统的pin型探测器缩短了50％，而增益带宽积提升了一倍。
2、为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：
3、第一方面，本申请实施例提供了一种双pin型探测器，所述双pin型探测器结构由下至上依次为底电极、1-n型层、1-i型层、1-p型层、隧穿层、牺牲层、2-n型层、2-i型层、2-p型层以及顶电极。
4、进一步地，所述底电极的材料为氧化铟锡(ito)，所述顶电极的材料为金(au)，所述底电极和顶电极的厚度为20～100nm。
5、进一步地，所述1-n型层和2-n型层的材料为氧化锌(zno)，所述1-n型层和2-n型层的厚度为50～300nm。
6、进一步地，所述1-i型层和2-i型层为pbse胶体量子点薄膜，所述1-i型层和2-i型层的厚度为50～800nm。
7、进一步地，所述1-p型层和2-p型层为pbs-edt薄膜，所述1-p型层和2-p型层的厚度为20～100nm。
8、进一步地，所述隧穿层的材料为金、银、铝、钛及氧化铟锡(ito)的至少一种，所述隧穿层的厚度为1～6nm。
9、进一步地，所述牺牲层的材料为c60，所述牺牲层的厚度为1～20nm。
10、优选地，所述1-n型层和2-n型层的厚度差距在-10％～10％，更优选地，所述1-n型层和2-n型层的厚度相同。
11、优选地，所述1-i型层和2-i型层的厚度差距在-10％～10％，更优选地，所述1-i型层和2-i型层的厚度相同。
12、优选地，所述1-p型层和2-p型层的厚度差距在-10％～10％，更优选地，所述1-p型层和2-p型层的厚度相同。
13、第二方面，本申请实施例提供了前述双pin型探测器的制备方法，包括：
14、在底电极上制备1-n型层；在1-n型层上制备1-i型层；在1-i型层上制备1-p型层；在1-p型层上制备隧穿层；在隧穿层上制备牺牲层；在牺牲层上制备2-n型层；在2-n型层上制备2-i型层；在2-i型层上制备2-n型层；在2-n型层上制备顶电极层；其中，述底电极的材料为氧化铟锡(ito)，所述顶电极的材料为金(au)，所述底电极和顶电极的厚度为20～100nm；所述1-n型层和2-n型层的材料为氧化锌(zno)，所述1-n型层和2-n型层的厚度为50～300nm；所述1-i型层和2-i型层为pbse胶体量子点薄膜，所述1-i型层和2-i型层的厚度为50～800nm；所述1-p型层和2-p型层为pbs-edt薄膜，所述1-p型层和2-p型层的厚度为20～100nm；所述隧穿层的材料为金、银、铝、钛及氧化铟锡(ito)的至少一种，所述隧穿层的厚度为1～6nm；所述牺牲层的材料为c60，所述牺牲层的厚度为1～20nm。
15、进一步地，所述1-n型层和2-n型层的厚度差距在-10％～10％，所述1-i型层和2-i型层的厚度差距在-10％～10％，所述1-p型层和2-p型层的厚度差距在-10％～10％。
16、第三方面，本申请实施例提供了前述双pin型探测器在制备飞行时间探测器或激光雷达中的应用。
17、本申请提供了一种双pin型探测器及制备方法，与现有技术相比，至少具备以下有益效果：
18、本申请提供的双pin型探测器在外量子效率不变的基础下，相比传统的单pin探测器，其响应速度提升幅度在1倍以上，其增益带宽积也提升了1倍。
技术特征：
1.一种双pin型探测器，其特征在于，所述双pin型探测器结构从由下至上依次为底电极、1-n型层、1-i型层、1-p型层、隧穿层、牺牲层、2-n型层、2-i型层、2-p型层以及顶电极。
2.根据权利要求1所述的双pin型探测器，其特征在于，所述底电极的材料为氧化铟锡；所述1-n型层和2-n型层的材料为氧化锌；所述1-i型层和2-i型层为pbse胶体量子点薄膜，所述1-p型层和2-p型层为pbs-edt薄膜；所述隧穿层的材料为金、银、铝、钛及氧化铟锡中的至少一种；所述牺牲层的材料为c60；所述顶电极的材料为金。
3.根据权利要求2所述的双pin型探测器，其特征在于，所述隧穿层的材料为金。
4.根据权利要求1所述的双pin型探测器，其特征在于，所述底电极和顶电极的厚度为20～100nm；所述1-n型层和2-n型层的厚度为50～300nm；所述1-i型层和2-i型层的厚度为50～800nm；所述1-p型层和2-p型层的厚度为20～100nm；所述隧穿层的厚度为1～6nm。
5.根据权利要求4所述的双pin型探测器，其特征在于，所述1-i型层和2-i型层的厚度为359nm。
6.根据权利要求1所述的双pin型探测器，其特征在于，所述1-n型层和2-n型层的厚度差距在-10％～10％，所述1-i型层和2-i型层的厚度差距在-10％～10％，所述1-p型层和2-p型层的厚度差距在-10％～10％。
7.根据权利要求6所述的双pin型探测器，其特征在于，所述1-n型层和2-n型层的厚度相同，所述1-i型层和2-i型层的厚度相同，所述1-p型层和2-p型层的厚度相同。
8.权利要求1所述双pin型探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述1-n型层和2-n型层的厚度差距在-10％～10％，所述1-i型层和2-i型层的厚度差距在-10％～10％，所述1-p型层和2-p型层的厚度差距在-10％～10％。
10.权利要求1～7任一项所述双pin型探测器在制备飞行时间探测器或激光雷达中的应用。
技术总结
本申请公开了一种双PIN型探测器、制备方法及应用，属于光电探测器技术领域。该双PIN型探测器的结构由下至上依次为底电极、1‑N型层、1‑I型层、1‑P型层、隧穿层、牺牲层、2‑N型层、2‑I型层、2‑P型层以及顶电极；其中，底电极的材料为氧化铟锡，顶电极的材料为金，1‑N型层和2‑N型层的材料为氧化锌，1‑I型层和2‑I型层为PbSe胶体量子点薄膜，所述隧穿层的材料为金，所述牺牲层的材料为C60，当1‑N型层和2‑N型层的厚度相同，1‑I型层和2‑I型层的厚度相同以及1‑P型层和2‑P型层的厚度相同时，该双PIN型探测器光响应时间最短。本申请提供的双PIN型探测器与传统的单PIN探测器相比，其响应速度提升幅度在1倍以上，其增益带宽积也提升了1倍，体现出更优异的探测性能。
技术研发人员：高亮,杨骏睿,唐江,丁皓,刘婧,陈龙
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5