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近年来,高光谱成像技术凭借其对目标信息的强大获取能力,广泛应用于遥感探测、医疗诊断、食品及化学药品监测等领域。作为高光谱成像系统的核心元件,可对紫外-可见-红外宽光谱范围响应的高性能光电探测器极具研究意义,是目前光电探测领域的研究热点。以甲氨基铅卤化物(CH3NH3PbX3)为代表的有机-无机杂化钙钛矿材料作为一种新型光敏材料在光电领域有着超越传统半导体材料和有机材料的显著优势,有望实现高性能宽谱光电探测器。然而,钙钛矿材料较大的禁带宽度使得其光电探测范围主要集中在紫外-可见波段,限制了其在宽谱光电探测的应用。本文针对此应用需求,提出了可实现高效宽谱光电探测的钙钛矿/硫化铅量子点异质结结构,该结构可实现拓宽吸收光谱至近红外范围和提升光生载流子分离效率进而提升光电响应的双重作用,基于该异质结结构设计了横向结构光电导型及垂直结构光电二极管型两种光电探测器原型器件,并对器件进行了系统性的优化,进而探索适合于大规模阵列集成的器件设计,验证其作为高光谱成像中感光元件的应用潜力。(1)论文首先实现了光电导型钙钛矿/硫化铅量子点异质结宽谱光电探测器,探讨了异质结界面处的载流子产生、分离与输运机制,获取了影响其光电响应的关键结构与物理参数。通过对硫化铅量子点的表面配体进行优化设计,发现了硫氰根离子(SCN-)对光电导型CH3NH3Pb13/PbS异质结光电探测器性能具有显著增强作用,获得了高性能CH3NH3PbI3/PbS-SCN宽谱光电探测器,器件响应光谱范围覆盖365 nm-1550 nm,在365 nm光照下响应度为255 AW-1、探测率为4.9×1013Jones,在940 nm光照下响应度为1.6 AW-1、探测率为3.0×1011 Jones。进而,基于该器件结构,构筑了 10×10宽谱成像阵列,可在紫外、可见、近红外波段范围内实现成像显示。(2)为进一步提升器件响应速度、工作电压等品质因数,以钙钛矿/硫化铅量子点异质结为宽谱光敏层构筑了 ITO/ZnO/PbS-EDT/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag结构光电二极管。探讨了光电二极管中光生载流子产生、分离与传输机制,获取了影响二极管光电探测性能的关键参数。通过对量子点薄膜层数、钙钛矿薄膜制备工艺、功能层参数等方面的优化设计,获得了高响应速度(响应时间为14μs,恢复时间为35μs)、低工作电压(可在零偏压下工作)的宽谱光电探测器。当外加电压为-0.5V时,在520nm光照下器件响应度为416 mAW-1,探测率为1.44×1012 Jones,940 nm光照下响应度为39 mAW-1,探测率为1.36×1011 Jones。(3)基于钙钛矿/硫化铅量子点异质结光电二极管线阵,论文提出了板级线阵扫描宽谱成像系统的总体框架,并基于采用高精密运算放大器的电阻反馈跨阻放大电路、16位精度采样量化电路、微处理器主控电路等实现了扫描成像系统电路,实现了基于钙钛矿/硫化铅量子点异质结光电二极管的线阵成像系统。上述工作提出并实现了钙钛矿/硫化铅量子点异质结宽谱光电探测器,可在紫外-可见-近红外宽谱范围内实现高性能光电探测,获得了高性能宽光谱探测的内在机制与实现方法,为未来实现应用于高光谱成像的高性能低成本宽谱成像芯片提供了可行思路。同时,设计了与器件匹配的线阵扫描成像系统,可为有机、量子点等新型光电探测器的成像应用提供通用型技术方案参考。