无机钙钛矿光晶体管结构的高响应度紫外探测器件研究

A novelphototransitorarchitectures UV photodetector is proposed to improve responsivity with the homogenousall-inorganic perovskitesstructure in which its quantum dots are combined with film. In this transistor,CsPbX3 quantum dots (CsPbX3 -QDs) are doped into the organic gate insulator as the photoactive sensing window for UV light andCsPbX3film (CsPbX3 -Film) with the same material as the active transmission layer. It comprehensively embodies the high external quantum efficiency of quantum dots and high mobility of carriers for the film.By the control function of three electrodes of the transistor, the photo-induced carries arefastseparated to realize the integration of UV light detected and reading out and amplification of corresponding electric signal. The UV photodetector with high responsivity is realized.By regulate and control the material component and microstructure of CsPbX3-QDsand CsPbX3-Film, the material system will be built with high responsivity for UV detecting.Base on the researchof the capacitance effect of the organic gate insulator doped CsPbX3-QDs and carriers injecting effect for the CsPbX3homogeneous structure, the influence of interface effects on the carrier transport process is investigated and the transport model of the carriers is set up. The mechanismof the UV photodetector with high resposivity is achieved. It is researched for the key technique to prepare the prototype phototransistor with solution-processedand low temperature technique. The prototype of this device will be prepared which will be the foundation for flexible UV detectors preparation.

本项目以提高紫外探测响应度为目的，将CsPbX3薄膜和量子点有机结合，提出一种新型同质结构的光晶体管紫外探测器。将CsPbX3量子点掺入薄膜晶体管的有机栅绝缘层内作为紫外光感应窗口，并以相同材料的CsPbX3薄膜为有源层，使量子点的高量子效率特性和薄膜的高载流子迁移率特性得到综合体现。通过晶体管三极调控作用，使感应出的光生载流子快速分离，实现紫外信号的探测与电信号读取、放大的集成，实现高响应度的紫外探测。本项目重点调控CsPbX3量子点、薄膜的材料组分与微观结构，建立高响应度紫外探测的材料体系；基于对掺杂量子点栅绝缘层的电容效应和同质结构中载流子注入效应的研究，研究界面效应对载流子输运过程的影响，建立载流子的输运模型，得到紫外探测实现高响应度的机理。本项目研究溶液法低温制备光晶体管探测器的关键工艺，制备原型器件，并为紫外探测器件的柔性化奠定基础。

本项目主要围绕提高紫外探测响应度进行研究，承担此项目期间，按照项目进度要求和目标，课题组将CsPbX3薄膜和量子点有机结合，提出了一种新型同质结构的光晶体管紫外探测器，利用具有高量子效率特性的CsPbX3量子点充当紫外光感应窗口，同时采用具有高载流子迁移率特性的CsPbX3薄膜作为有源层。通过晶体管三极调控作用，使感应出的光生载流子快速分离，实现紫外信号的探测与电信号读取、放大的集成，从而我们在提高紫外探测响应度方向取得了一系列进展。通过调控CsPbX3量子点和薄膜的卤素组分以及微观结构，将钙钛矿材料的吸收截止波长尽可能的蓝移，从而大幅的增加探测器对紫外光的吸收，这对高性能紫外探测器的制备具有重要意义；构建了钙钛矿量子点和薄膜的同质结结构，并探究了两者间的相互作用以及载流子在同质结中的输运过程，该工作对后续高性能探测器的开发有启发作用；制备了钙钛矿量子点和薄膜的紫外探测器件，在此基础上，引入较为成熟的晶体管材料IGZO（铟镓锌氧化物）形成复合有源层，同时IGZO层能有效地从钙钛矿层中提取光生电子，从而实现紫外光的高探测和快速响应。总的来说，本项目研究了采用溶液法低温制备光晶体管探测器的关键工艺，成功地制备了原型器件，并为紫外探测器件的柔性化奠定基础，实现了项目提出的各项指标和目标。.项目的成果体现在发表文章和申报的专利，以及以进一步应用为目的的推进。共发表文章署名该基金资助的文章32篇，申请专利5篇，项目负责人获邀参加国际会议邀请报告多次。培养博士研究生3名，硕士研究生7名。项目的原型器件大幅提高了无机钙钛矿紫外探测器的响应度，奠定了制备柔性器件的基础，在产业应用以及军用紫外探测器方面有潜在的应用前景。