TWI664741B

TWI664741B - 光電探測器及其製備方法

Info

Publication number: TWI664741B
Application number: TW106116618A
Authority: TW
Inventors: 魏浩明; 魏洋; 姜開利; 范守善
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2019-07-01
Also published as: US20190173033A1; CN108807562A; US10644252B2; US20180315940A1; CN108807562B; US10249836B2; TW201840011A

Abstract

本發明涉及一種光電探測器，包括一基底，一叉指電極層和一光活性層。所述基底，所述叉指電極層和所述光活性層依次層疊接觸設置。所述叉指電極層包括第一叉指電極和第二叉指電極，該第一叉指電極和第二叉指電極相互交錯設置。

Description

光電探測器及其製備方法

本發明涉及一種光電探測器及其製備方法。

光電探測器件由於具有製作成本低廉、材料來源廣泛以及易於與其它光電器件集成等優點，已經引起了廣泛的研究。現有的光電探測器一般具有兩個電極層，而該兩個電極層需要經過兩次沉積製備，製備方法相對複雜且製備得到的光電探測器厚度較厚。

有鑑於此，確有必要提供一種厚度較薄，且製備方法相對簡單的光電探測器及其製備方法。

一種光電探測器，包括一基底，一叉指電極層和一光活性層；所述基底，所述叉指電極層和所述光活性層依次層疊接觸設置，所述叉指電極層包括第一叉指電極和第二叉指電極，該第一叉指電極和第二叉指電極相互交錯設置。

一種光電探測器的製備方法，包括：提供一基底，在該基底表面形成叉指電極層；在該叉指電極層上蒸鍍形成光活性層。

相較於先前技術，本本發明提供的光電探測器採用叉指電極層結構簡單，有利於降低光電探測器的厚度。同時，本發明提供的光電探測器可一次形成叉指電極層，相比傳統光電探測器的單獨形成兩個電極層，製備工藝簡單，有利於提高效率降低成本。

100‧‧‧光電探測器製備裝置

110‧‧‧蒸發源

112‧‧‧奈米碳管膜結構

114‧‧‧光活性層源材料

120‧‧‧支撐體

130‧‧‧真空室

140‧‧‧電磁波信號輸入裝置

150‧‧‧第一電信號輸入電極

152‧‧‧第二電信號輸入電極

160‧‧‧圖案化柵網

200‧‧‧光電探測器

210,310‧‧‧基底

220，320‧‧‧叉指電極層

221，321‧‧‧第一叉指電極

2211，3211‧‧‧第一叉指部

2213，3213‧‧‧第一連接部

223，323‧‧‧第二叉指電極

2231,3231‧‧‧第二叉指部

2233，3233‧‧‧第二連接部

230，330‧‧‧光活性層

300‧‧‧光電探測器陣列

325‧‧‧子叉指電極層

326‧‧‧突部

圖1為本發明實施例光電探測器的結構示意圖。

圖2為本發明實施例光電探測器的叉指電極層的結構示意圖。

圖3為本發明實施例光電探測器製備方法的流程圖。

圖4為本發明實施例光電探測器製備裝置的結構示意圖。

圖5為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖6為本發明一實施例奈米碳管膜結構的掃描電鏡照片。

圖7及圖8為不同解析度下本發明一實施例的蒸發源的掃描電鏡照片。

圖9為本發明另一實施例光電探測器製備裝置的結構示意圖。

圖10為本發明一實施例蒸鍍後的蒸發源的掃描電鏡照片。

圖11為本發明一實施例形成的光活性層的掃描電鏡照片。

圖12為本發明一實施例形成的光活性層的XRD圖譜。

圖13為本發明實施例光電探測器陣列製備方法的過程示意圖。

圖14為本發明一實施例光電探測器陣列的子叉指電極層的結構示意圖。

以下將結合附圖對本發明的光電探測器及其製備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1至圖2，本發明實施例提供一種光電探測器200。所述光電探測器200，包括一基底210，一叉指電極層220和一光活性層230。所述基底210，所述叉指電極層220和所述光活性層230依次層疊接觸設置。

該基底210為絕緣的硬質基底或柔性基底。該基底210可為透明基底，如玻璃基底、石英基底或透明的塑膠或樹脂基底。該基底210也可以為不透明基底，如矽基底。

該叉指電極層220為導電層。該叉指電極層220包括第一叉指電極221和第二叉指電極223。該第一叉指電極221和第二叉指電極223相互交叉設置。所述第一叉指電極221包括一第一連接部2213及連接在該第一連接部2213上的多個第一叉指部2211。該多個第一叉指部2211相互平行間隔設置。該第一連接部2213用於與外部電源連接。所述第二叉指電極223包括第二連接部2233及連接在該第二連接部2233上的多個第二叉指部2231。該多個第二叉指部2231相互平行間隔設置。該第二連接部2233用於與外部電源連接。該多個第一叉指部2211與該多個第二叉指部2231相互間隔且交錯設置。該第一叉指電極221和該第二叉指電極223的形狀不限，可根據實際需要進行選擇。相鄰的該第一叉指部2211與該第二叉指部2231之間的間隔為10微米以上。該叉指電極層220的厚度為50nm~150nm。該第一叉指電極221和該第二叉指電極223的材料可為金屬、ITO、FTO或奈米碳管等。本實施例中，該叉指電極層220為500×500μm²的正方形，該第一叉指電極221和該第二叉指電極223的材料為銅。相鄰的該第一叉指部2211與該第二叉指部2231之間的間隔為20微米。該叉指電極層220的厚度為50nm。

該光活性層230的材料為鈣鈦礦結構的有機金屬半導體吸光材料。具體地，該有機金屬半導體吸光材料選自化學通式為ABX3中的一種或多種材料，其中A為有機胺類離子，如CH₃NH₃ ⁺、C₂H₅NH₃ ⁺及NH₂CH=NH₂ ⁺中的一種或多種；B為二價的金屬離子，如Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺、Pd²⁺、Cd²⁺、Ge²⁺、Sn²⁺、Pb²⁺、Eu²⁺之中的一種或多種；X為鹵素離子Cl^-、Br^-、I^-或擬鹵素離子CN^-、NCO^-、NCS^-、NCSe^-之中的一種或多種。該光活性層230的材料不限於上述材料，只要是在相同條件下氣化溫度低於奈米碳管的氣化溫度，且在蒸鍍過程中不與碳反應的光活性層材料即可，優選是氣化溫度小於或等於300℃的光活性層材料。本實施例中，該光活性層230的材料為CH₃NH₃PbI₃。

請參閱圖3至圖4，本發明實施例提供所述光電探測器200的製備方法，包括以下步驟：S1，提供所述基底210，在該基底210表面形成該叉指電極層220；S2，在該叉指電極層220上蒸鍍形成該光活性層230。

在該方法中，所述光電探測器200在光電探測器製備裝置100中製備。

在步驟S1中，在該基底210表面形成該叉指電極層220包括以下步驟：S11，清洗該基底210；S12，在基底210上蒸鍍叉指電極薄膜；S13，在所述叉指電極薄膜上設置掩膜進行光刻；S14，去除掩膜形成叉指電極層。在步驟S12中，該叉指電極薄膜可通過現有的蒸鍍、濺射、塗覆或鋪設等方法製備。在步驟S13中，所述掩膜的圖案可根據所需的叉指電極的圖案選擇。在步驟S14中，採用濕法腐蝕法去除掩膜，獲得叉指電極層220。

在步驟S2中，在該叉指電極層220上蒸鍍形成該光活性層230包括以下步驟： S21，提供一蒸發源110，該蒸發源110包括奈米碳管膜結構112及光活性層源材料114，該奈米碳管膜結構112為一載體，該光活性層源材料114設置在該奈米碳管膜結構112表面，通過該奈米碳管膜結構112承載；S22，將該蒸發源110與該叉指電極層220的表面相對且間隔設置，並向該奈米碳管膜結構112輸入電磁波信號或電信號加熱所述該奈米碳管膜結構112，使該光活性層源材料114蒸發，在該叉指電極層220上蒸鍍形成該光活性層230。

在步驟S21中，該奈米碳管膜結構112為一載體，該光活性層源材料114設置在該奈米碳管膜結構112表面，通過該奈米碳管膜結構112承載。優選地，該奈米碳管膜結構112優選為自支撐結構，至少部分懸空設置，該光活性層源材料114設置在懸空的奈米碳管膜結構112表面。在一實施例中，步驟S21進一步包括提供兩個相互間隔的支撐體120，分別設置在該奈米碳管膜結構112的兩端，使該奈米碳管膜結構112在該兩個支撐體120之間的部分懸空設置。

該奈米碳管膜結構112包括單層奈米碳管膜，或多層疊加的奈米碳管膜。每層奈米碳管膜包括多個大致相互平行的奈米碳管。該奈米碳管的延伸方向大致平行於該奈米碳管膜結構112的表面，該奈米碳管膜結構112具有較為均勻的厚度。具體地，該奈米碳管膜包括首尾相連的奈米碳管，是由多個奈米碳管通過范德華力相互結合並首尾相連形成的宏觀膜狀結構。該奈米碳管膜結構112及奈米碳管膜具有一宏觀面積和一微觀面積，該宏觀面積指該奈米碳管膜結構112或奈米碳管膜在宏觀上看作一膜狀結構時所具有的膜面積，該微觀面積指該奈米碳管膜結構112或奈米碳管膜在微觀上看作由大量奈米碳管首尾相連搭接形成的多孔網狀結構中所有能夠用於擔載光活性層源材料114的奈米碳管的表面積。

該奈米碳管膜優選是從奈米碳管陣列中拉取獲得。該奈米碳管陣列為通過化學氣相沉積的方法生長在該生長基底的表面。該奈米碳管陣列中的奈米碳管基本彼此平行且垂直於生長基底表面，相鄰的奈米碳管之間相互接觸並通過范德華力相結合。通過控制生長條件，該奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。由於基本不含雜質且奈米碳管相互間緊密接觸，相鄰的奈米碳管之間具有較大的范德華力，足以使在拉取一些奈米碳管(奈米碳管片段)時，能夠使相鄰的奈米碳管通過范德華力的作用被首尾相連，連續不斷的拉出，由此形成連續且自支撐的宏觀奈米碳管膜。這種能夠使奈米碳管首尾相連的從其中拉出的奈米碳管陣列也稱為超順排奈米碳管陣列。該生長基底的材料可以為P型矽、N型矽或氧化矽等適合生長超順排奈米碳管陣列的基底。所述能夠從中拉取奈米碳管膜的奈米碳管陣列的製備方法可參閱馮辰等人在2008年8月13日公開的中國專利申請CN101239712A。

從奈米碳管陣列中連續地拉出的該奈米碳管膜可以實現自支撐，該奈米碳管膜包括多個基本沿相同方向排列並首尾相連的奈米碳管。請參閱圖5，在該奈米碳管膜中奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於該奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管是通過范德華力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過范德華力首尾相連，從而使該奈米碳管膜能夠實現自支撐。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。在本說明書中凡提及奈米碳管的延伸方向，均是指奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向，即奈米碳管膜中奈米碳管的擇優取向的方向。進一步地，所述奈米碳管膜可包括多個連續且定向排列的奈米碳管片段，該多個奈米碳管片段通過范德華力首尾相連，每一奈米碳管片段包括多個相互平行的奈米碳管，該多個相互平行的奈米碳管通過范德華力緊密結合。可以理解，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸而部分分離的情況。實際上，該奈米碳管膜具有較多間隙，即相鄰的奈米碳管之間具有間隙，使該奈米碳管膜可以具有較好的透明度及較大的比表面積。然而，相鄰奈米碳管之間接觸的部分以及首尾相連的奈米碳管之間連接的部分的范德華力已經足夠維持該奈米碳管膜整體的自支撐性。

所述自支撐是該奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要一邊或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀或線狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過范德華力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。

該奈米碳管膜具有較小且均勻的厚度，約為0.5奈米至10微米。由於該從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜僅靠奈米碳管間的范德華力即可實現自支撐並形成膜狀結構，因此該奈米碳管膜具有較大的比表面積，優選地，該奈米碳管膜的比表面積為200平方米每克~2600平方米每克(採用BET法測得)。該直接拉取獲得的奈米碳管膜的單位面積品質約為0.01克每平方米~0.1克每平方米，優選為0.05克每平方米(此處的面積指奈米碳管膜的宏觀面積)。由於該奈米碳管膜具有較小的厚度，且奈米碳管自身的熱容小，因此該奈米碳管膜具有較小的單位面積熱容(如小於2×10-4焦耳每平方釐米開爾文)。

該奈米碳管膜結構112可包括多層奈米碳管膜相互疊加，層數優選為小於或等於50層，更優選為小於或等於10層。在該奈米碳管膜結構112中，不同的奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向可以相互平行或交叉設置。請參閱圖6，在一實施例中，該奈米碳管膜結構112包括至少兩層相互層疊的奈米碳管膜，該至少兩層奈米碳管膜中的奈米碳管分別沿兩個相互垂直方向沿伸，從而形成垂直交叉。

該光活性層源材料114可以通過溶液法、沉積法、蒸鍍法、電鍍法或化學鍍法等方法擔載在該奈米碳管膜結構112表面。該沉積法可以為化學氣相沉積或物理氣相沉積。在優選的實施例中，可通過溶液法在該奈米碳管膜結構112表面擔載該光活性層源材料114，具體包括以下步驟：S211，將該光活性層源材料114溶於或均勻分散於一溶劑中，形成混合物；S212，將該混合物均勻附著於該奈米碳管膜結構112表面；以及S213，將附著在該奈米碳管膜結構112表面的混合物中的溶劑蒸幹，從而將該光活性層源材料114均勻的附著在該奈米碳管膜結構112表面。

步驟S211中，所述混合物可為一溶液或懸浮液。步驟S213中，該光活性層源材料114附著在該奈米碳管膜結構112表面的方法可以為噴塗法、旋轉塗覆法或浸漬法。

當該光活性層源材料114包括多種材料時，該步驟S211可以包括使該多種材料在溶劑中按預定比例預先混合均勻的步驟，從而使擔載在奈米碳管膜結構112不同位置上的該多種材料均具有該預定比例。

請參閱圖7及圖8，在本實施例中，該步驟S21包括：將甲基碘化銨和碘化鉛按照化學計量比均勻分散在有機溶劑中形成分散液；將該分散液噴塗在該奈米碳管膜結構112表面；以及將該奈米碳管膜結構112表面的有機溶劑蒸幹。該噴塗和蒸幹的步驟可以反復進行多次，以使該光活性層源材料114在該奈米碳管膜結構112表面具有所需的擔載量。

該光活性層源材料114附著在該奈米碳管膜結構112表面。在宏觀上該光活性層源材料114可以看作一層狀結構形成在該奈米碳管膜結構112的至少一個表面，優選為設置在該奈米碳管膜結構112的兩個表面。該光活性層源材料114與該奈米碳管膜結構112形成的複合膜的宏觀厚度優選為小於或等於100微米，更優選為小於或等於5微米。由於承載在單位面積奈米碳管膜結構112上的光活性層源材料114的量可以非常少，在微觀上該光活性層源材料114可以為奈米級尺寸的顆粒狀或奈米級厚度的層狀，附著在單根或少數幾根奈米碳管表面。例如該光活性層源材料114為顆粒狀，粒徑尺寸約為1奈米~500奈米，附著在首尾相連的奈米碳管中的單根奈米碳管112表面。或者該光活性層源材料114為層狀，厚度尺寸約為1奈米~500奈米，附著在首尾相連的奈米碳管中的單根奈米碳管表面。該層狀的光活性層源材料114可以完全包覆該單根奈米碳管。該光活性層源材料114在該奈米碳管膜結構112不但與光活性層源材料114的量有關，也與光活性層源材料114的種類，以及與奈米碳管的浸潤性能等多種因素相關。例如，當該光活性層源材料114在該奈米碳管表面不浸潤時，易於形成顆粒狀，當該光活性層源材料114在該奈米碳管表面浸潤時，則易於形成層狀。另外，當該光活性層源材料114是粘度較大的有機物時，也可能在該奈米碳管膜結構112表面形成一完整連續的薄膜。無論該光活性層源材料114在該奈米碳管膜結構112表面的形貌如何，單位面積的奈米碳管膜結構112擔載的光活性層源材料114的量應較少，使輸入電信號或電磁波信號能夠在瞬間(優選為1秒以內，更優選為10微秒以內)將該光活性層源材料114完全氣化。該光活性層源材料114均勻的設置在該奈米碳管膜結構112表面，使該奈米碳管膜結構112不同位置的光活性層源材料114擔載量基本相等。

在該步驟S22中，該蒸發源110與該叉指電極層220的表面相對且間隔設置。該叉指電極層220的表面各處均與該奈米碳管膜結構112保持基本相等的間隔，即該奈米碳管膜結構112基本平行於該叉指電極層220的表面。具體地，該設置有光活性層源材料114的奈米碳管膜結構112與該叉指電極層220的表面相對且間隔設置，間距優選為1微米~10毫米。該奈米碳管膜結構112的宏觀面積大於或等於該叉指電極層220的表面的面積，從而使蒸鍍時，光活性層源材料114的氣體可以在基本相同的時間內到達該叉指電極層220的表面。

該步驟S22可以在空氣中進行，在優選的實施例中，該步驟S22可進一步包括將該蒸發源110及光活性層源材料114設置在真空室130中，在真空中向該奈米碳管膜結構112輸入電磁波信號或電信號，使該光活性層源材料114蒸發，在該叉指電極層220上蒸鍍形成光活性層230。

由於該蒸發源110與該叉指電極層220的表面相對且間隔設置，且該間隔距離較近，且向該奈米碳管膜結構112輸入電磁波信號或電信號能夠使擔載在該奈米碳管膜結構112上的光活性層源材料114在一瞬間全部蒸發，並迅速附著在該叉指電極層220的表面，因此，達到該叉指電極層220的表面任意局部位置的光活性層源材料114就是與該叉指電極層220的表面局部位置對應設置的奈米碳管膜結構112的局部位置的全部光活性層源材料114。由於該奈米碳管膜結構112各處擔載的光活性層源材料114的量相同，即均勻擔載，在該叉指電極層220的表面形成的光活性層230各處具有均勻的厚度，也就是形成的光活性層230的厚度和均勻性由該光活性層源材料114在該奈米碳管膜結構112擔載的量和均勻性決定。當該光活性層源材料114包括多種材料時，該奈米碳管膜結構112各處擔載的各種材料的比例相同，則在該奈米碳管膜結構112與該叉指電極層220的表面之間各局部位置的光活性層源材料114氣體中各種材料的比例相同，使各局部位置能夠發生均勻的反應，從而在該叉指電極層220表面形成均勻的光活性層230。

當向該奈米碳管膜結構112輸入電磁波信號時，可進一步包括提供一電磁波信號輸入裝置140，向該奈米碳管膜結構112發出電磁波信號，該電磁波信號輸入裝置140可以設置在該真空室130中或設置在該真空室130之外，只要能夠使發出的電磁波信號傳遞至該奈米碳管膜結構112即可。奈米碳管對電磁波的吸收接近絕對黑體，對於各種波長的電磁波具有均一的吸收特性。該電磁波信號的平均功率密度在100mW/mm²~20W/mm²範圍內。該奈米碳管膜結構112由於具有較小的單位面積熱容，從而迅速根據該電磁波信號產生熱回應而升溫，由於該奈米碳管膜結構112具有較大的比表面積，可以迅速的與周圍介質進行熱交換，該奈米碳管膜結構112產生的熱信號可以迅速加熱該光活性層源材料114至蒸發或昇華溫度。由於該光活性層源材料114在該奈米碳管膜結構112的單位宏觀面積的擔載量較小，該熱信號可以在一瞬間使該光活性層源材料114完全氣化。

請參閱圖9，當向該奈米碳管膜結構112輸入電信號時，可進一步包括提供第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152，該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152相互間隔並分別與該奈米碳管膜結構112電連接。優選地，該奈米碳管膜結構112在該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152之間懸空設置。該奈米碳管膜結構112為一電阻性元件，具有較小的單位面積熱容，且具有較大比表面積及較小厚度。優選地，該奈米碳管膜結構112的單位面積熱容小於2×10^-4焦耳每平方釐米開爾文，更優選為小於1.7×10^-6焦耳每平方釐米開爾文，比表面積大於200平方米每克，厚度小於100微米。該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152向該奈米碳管膜結構112輸入電信號，由於具有較小的單位面積熱容，該奈米碳管膜結構112可以將輸入的電能快速轉換為熱能，使自身溫度快速升高，由於具有較大的比表面積及較小的厚度，該奈米碳管膜結構112可以與光活性層源材料114進行快速的熱交換，使光活性層源材料114迅速被加熱至蒸發或昇華溫度。

該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152與該奈米碳管膜結構112電連接，優選為直接設置在該奈米碳管膜結構112表面。該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152向該奈米碳管膜結構112通入一電流，優選為對該奈米碳管膜結構112進行直流通電。相互間隔的第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152可分別設置在該奈米碳管膜結構112兩端。

在優選的實施例中，該奈米碳管膜結構112中至少一層奈米碳管膜中奈米碳管的延伸方向為從第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152方向延伸。該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152可具有一定強度，同時起到支撐該奈米碳管膜結構112的作用，例如該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152可以為導電棒或導電絲，則所述支撐體120可以省略。

在該步驟S22中，該電信號通過該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152輸入該奈米碳管膜結構112。當該電信號為直流電信號時，該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152分別與直流電信號源的正極和負極電連接。當該電信號為交流電信號時，該第一電信號輸入電極150及第二電信號輸入電極152中一電極與交流電信號源電連接，另一電極接地。向該蒸發源110中輸入的電信號的功率能夠使該奈米碳管膜結構112的回應溫度達到該光活性層源材料114的氣化溫度，該功率取決於奈米碳管膜結構112的宏觀面積S和需要達到的溫度T，所需功率可根據公式σT4S計算，σ為Stefan-Boltzmann常數，奈米碳管膜結構112面積越大溫度越高需要的功率越大。該奈米碳管膜結構112由於具有較小的單位面積熱容，從而迅速根據該電信號產生熱回應而升溫，由於該奈米碳管膜結構112具有較大的比表面積，可以迅速的與周圍介質進行熱交換，該奈米碳管膜結構112產生的熱信號可以迅速加熱該光活性層源材料114。由於該光活性層源材料114在該奈米碳管膜結構112的單位宏觀面積的擔載量較小，該熱信號可以在一瞬間使該光活性層源材料114完全氣化。

請參閱圖10及圖11，在本實施例中，對該奈米碳管膜結構112通電，該奈米碳管膜結構112溫度迅速升高，使表面的甲基碘化銨及碘化鉛的混合物瞬間氣化，在該叉指電極層220的表面形成一鈣鈦礦結構CH₃NH₃PbI₃薄膜。該蒸發源110通電後的結構如圖10所示，可以看到該奈米碳管膜結構112表面的甲基碘化銨及碘化鉛的混合物蒸發後該奈米碳管膜結構112仍維持原有的首尾相連的奈米碳管形成的網路狀結構。該甲基碘化銨和碘化鉛在氣化後發生化學反應，在叉指電極層220表面生成厚度均勻的薄膜形貌如圖11所示。請參閱圖12，對蒸鍍生成的薄膜進行XRD測試，可以從XRD圖譜中判斷得到的薄膜材料為鈣鈦礦結構CH₃NH₃PbI₃。

本發明提供的光電探測器200採用叉指電極層220，結構簡單，有利於降低光電探測器200的厚度。同時，本發明提供的光電探測器200可一次形成叉指電極層220，相比傳統光電探測器的單獨形成兩個電極層，製備工藝簡單，有利於提高效率降低成本。

請參閱圖13及圖14，本發明實施例提供光電探測器陣列300的製備方法，包括以下步驟：S10，提供一基底310，在該基底210表面形成該叉指電極層320；S20，在該基底310上形成一圖案化掩膜層340，該圖案化掩膜層340覆蓋該基底310及至少一部分該叉指電極層320； S30，提供一蒸發源110，該蒸發源110包括奈米碳管膜結構112及光活性層源材料114，該奈米碳管膜結構112為一載體，該光活性層源材料114設置在該奈米碳管膜結構112表面，通過該奈米碳管膜結構112承載；S40，將該蒸發源110與該叉指電極層320的表面相對且間隔設置，並向該奈米碳管膜結構112輸入電磁波信號或電信號加熱所述該奈米碳管膜結構112，使該光活性層源材料114蒸發，在未被該圖案化掩膜層340覆蓋暴露在外的該叉指電極層320上蒸鍍形成該光活性層330；S50，去除該圖案化掩膜層340形成光電探測器陣列300。

光電探測器陣列300的製備方法中的步驟S10與光電探測器200的製備方法中的步驟S1基本相同。不同之處在於用於形成叉指電極層320的掩膜的圖案不同。本實施例中，該叉指電極層320包括多個子叉指電極層325。每個子叉指電極層325的結構與叉指電極層220的結構基本相同狀。請參閱圖14，具體地，每個子叉指電極層325包括第一叉指電極321和第二叉指電極323。所述第一叉指電極321包括一第一連接部3213及連接在該第一連接部2213上的多個第一叉指部3211。該多個第一叉指部3211相互平行間隔設置。該第一連接部3213用於與外部電源連接。所述第二叉指電極323包括第二連接部3233及連接在該第二連接部3233上的多個第二叉指部3231。該多個第二叉指部3231相互平行間隔設置。該第二連接部3233用於與外部電源連接。該多個第一叉指部3211與該多個第二叉指部3231相互間隔且交錯設置。該第一叉指電極221和該第二叉指電極223的形狀不限，可根據實際需要進行選擇。本實施例中，該第一連接部3213和該第二連接部3233為一“L”狀結構體，該第一叉指部3211和該第二叉指部3231為長方形狀條帶。

在步驟S20中，該圖案化掩膜層340覆蓋該基底310及至少一部分該叉指電極層320。優選地，該圖案化掩膜層340覆蓋該基底310及叉指電極的連接部。即，該圖案化掩膜層340覆蓋該基底310及第一連接部3213和該第二連接部3233。該圖案化掩膜層340的材料可為金屬，例如不銹鋼，鋁合金等。該圖案化掩膜層340具有多個通孔，該通孔與子叉指電極層325一一對應，且該通孔的尺寸略小於子叉指電極層325的尺寸，以便使掩膜層340在覆蓋該子叉指電極層325的連接部的同時使其他部分暴露在外。通孔的尺寸及子叉指電極層325的尺寸可根據需要形成該光活性層330的尺寸進行選擇。本實施例中，第一連接部3213和該第二連接部3233為“L”狀結構體，該圖案化掩膜層340覆蓋該第一連接部3213和該第二連接部3233的“L”狀結構體的突部326及該基底310。該圖案化掩膜層340的通孔為500×500μm²正方形。該圖案化掩膜層340的材料為不銹鋼。在步驟20中，直接將圖案化的不銹鋼層設置在基底310上，覆蓋該基底310及至少一部分該叉指電極層320上。

光電探測器陣列300的製備方法中的步驟S30與光電探測器200的製備方法中的步驟S21相同。

光電探測器陣列300的製備方法中的步驟S40與光電探測器200的製備方法中的步驟S22基本相同，不同之處在於在未被該圖案化掩膜層340覆蓋暴露在外的叉指電極層320上蒸鍍形成該光活性層330。

在步驟S40中，去除該圖案化掩膜340後，該子叉指電極層325未被該光活性層330覆蓋的部分裸露在外，用於連接電源。本實施例中，直接移動去除該圖案化掩膜340後，該第一連接部3213和該第二子連接部3233的“L”狀結構體的突部326未被該光活性層330覆蓋裸露在外。

本發明提供的光電探測器採用叉指電極層，結構簡單，有利於降低光電探測器的厚度。同時，本發明提供的光電探測器可一次形成叉指電極層，相比傳統光電探測器的單獨形成兩個電極層，製備工藝簡單，有利於提高效率降低成本。另外，本發明實施例將自支撐的奈米碳管膜作為光活性層源材料的載體，利用該奈米碳管膜極大的比表面積及自身的均勻性，使承載在該奈米碳管膜上的光活性層源材料在蒸發前即實現較為均勻的大面積分布。在蒸發的過程中利用該自支撐奈米碳管膜在電磁波信號或電信號的作用下暫態加熱的特性，在極短的時間將光活性層源材料完全氣化，從而形成均勻且大面積分布的氣態光活性層源材料。該叉指電極層表面與該奈米碳管膜間隔距離短，使承載在該奈米碳管膜上的光活性層源材料基本上均能得到利用，有效節約了光活性層源材料，提高了蒸鍍速度及均勻性。

另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

Claims

一種光電探測器，其特徵在於，該光電探測器包括一基底，一叉指電極層和一光活性層；所述基底，所述叉指電極層和所述光活性層依次層疊接觸設置，所述叉指電極層包括第一叉指電極和第二叉指電極，該第一叉指電極和第二叉指電極相互交錯設置，該光活性層的材料為鈣鈦礦結構的有機金屬半導體吸光材料，該有機金屬半導體吸光材料選自化學通式為ABX₃中的一種或多種材料，其中A為有機胺類離子CH₃NH₃ ⁺、C₂H₅NH₃ ⁺及NH₂CH=NH₂ ⁺中的一種或多種；B為二價的金屬離子Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺、Pd²⁺、Cd²⁺、Ge²⁺、Sn²⁺、Pb²⁺、Eu²⁺之中的一種或多種；X為鹵素離子Cl^-、Br^-、I^-或擬鹵素離子CN^-、NCO^-、NCS^-、NCSe^-之中的一種或多種。
如請求項第1項所述之光電探測器，其中，所述第一叉指電極包括一第一連接部及連接在該第一連接部上的多個第一叉指部，所述多個第一叉指部相互平行間隔設置；所述第二叉指電極包括第二連接部及連接在該第二連接部上的多個第二叉指部，所述多個第二叉指部相互平行間隔設置；所述多個第一叉指部與所述多個第二叉指部相互間隔且交錯設置。
如請求項第2項所述之光電探測器，其中，相鄰的所述第一叉指部與所述第二叉指部之間的間隔為20微米。
如請求項第1項所述之光電探測器，其中，該叉指電極層的厚度為50nm~150nm。
一種光電探測器的製備方法，包括：S1，提供一基底，在該基底表面形成叉指電極層；S2，在該叉指電極層上蒸鍍形成光活性層，該光活性層的材料為鈣鈦礦結構的有機金屬半導體吸光材料，該有機金屬半導體吸光材料選自化學通式為ABX₃中的一種或多種材料，其中A為有機胺類離子CH₃NH₃ ⁺、C₂H₅NH₃ ⁺及NH₂CH=NH₂ ⁺中的一種或多種；B為二價的金屬離子Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺、Pd²⁺、Cd²⁺、Ge²⁺、Sn²⁺、Pb²⁺、Eu²⁺之中的一種或多種；X為鹵素離子Cl^-、Br^-、I^-或擬鹵素離子CN^-、NCO^-、NCS^-、NCSe^-之中的一種或多種。
如請求項第5項所述之光電探測器的製備方法，其中，在該基底表面形成該叉指電極層包括以下步驟：S11，清洗該基底；S12，在該基底上蒸鍍叉指電極薄膜；S13，在所述叉指電極薄膜上設置掩膜進行光刻；S14，去除掩膜形成叉指電極層。
如請求項第5項所述之電探測器的製備方法，其中，在該叉指電極層上蒸鍍形成所述光活性層包括以下步驟：S21，提供一蒸發源，該蒸發源包括奈米碳管膜結構及光活性層源材料，該奈米碳管膜結構為一載體，該光活性層源材料設置在該奈米碳管膜結構表面，通過該奈米碳管膜結構承載，該光活性層源材料為該光活性層的材料或者用於形成該光活性層的前驅體，該前驅體在蒸鍍的過程中反應生成該光活性層；S22，將該蒸發源與該叉指电极层的表面相對且間隔設置，並向該奈米碳管膜結構輸入電磁波信號或電信號，使該光活性層源材料蒸發，在該叉指電極層上蒸鍍形成光活性層。
如請求項第7項所述之光電探測器的製備方法，其中，該光活性層源材料通過溶液法、沉積法、蒸鍍法、電鍍法或化學鍍法承載在該奈米碳管膜結構表面。
如請求項第8項所述之光電探測器的製備方法，其中，在該奈米碳管膜結構表面承載該光活性層源材料包括以下步驟：S211，將該光活性層源材料溶於或均勻分散於一溶劑中，形成混合物；S212，將該混合物均勻附著在該奈米碳管膜結構表面；以及S213，將附著在該奈米碳管膜結構表面的混合物中的溶劑蒸幹，從而將該光活性層源材料均勻的附著在該奈米碳管膜結構表面。
如請求項第9項所述之光電探測器的製備方法，其中，所述步驟S211包括使多種材料在溶劑中按預定比例預先混合均勻的步驟，從而使擔載在奈米碳管膜結構不同位置上的該多種材料均具有該預定比例。
如請求項第7項所述之光電探測器的製備方法，其中，該步驟S23進一步包括將該蒸發源及光活性層源材料設置在真空室中，在真空中向該奈米碳管膜結構輸入所述電磁波信號或電信號的步驟。
如請求項第11項所述之光電探測器的製備方法，其中，當向該奈米碳管膜結構輸入電磁波信號時，進一步包括提供一電磁波信號輸入裝置，使該電磁波信號輸入裝置向該奈米碳管膜結構發出電磁波信號的步驟。
如請求項第11項所述之光電探測器的製備方法，其中，當向該奈米碳管膜結構輸入電信號時，進一步包括提供第一電信號輸入電極及第二電信號輸入電極，使該第一電信號輸入電極及第二電信號輸入電極相互間隔並分別與該奈米碳管膜結構電連接的步驟。
如請求項第7項所述之光電探測器的製備方法，其中，該蒸發源與該叉指電極層的表面之間的間距為1微米~10毫米。
如請求項第7項所述之光電探測器的製備方法，其中，該奈米碳管膜結構的單位面積熱容小於2×10^-4焦耳每平方釐米開爾文，比表面積大於200平方米每克。