[发明专利]仿生近红外响应增强的光电探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生近红外响应增强的光电探测器。探测器由两部分组成，模拟蝴蝶复眼的微腔结构，设置为探测器顶层，且为介电介质层组成的微腔，底层采用由薄膜工程制备的无机卤化物钙钛矿作为光活性层的器件，实现了近红外生物窗口中的选择性光响应。本发明通过模拟蝴蝶的复眼，搭建了LiF/NPB人工光学微腔，具有半峰宽小于50nm的窄带响应和覆盖近红外波段的可调谐性的优点。通过选用无机卤化物钙钛矿CsPb0.5Sn0.5I3作为底部器件的光活性层，具有综合的带隙和薄膜工程特性，相比于普通光电探测器，在实时成像应用中，具有响应速度快、分辨率高、检测限低等良好的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种仿生近红外响应增强的光电探测器及制备方法，属于光电探测技术领域。

背景技术

近红外光电探测器(NIR-PDS)由于其在医疗仪器中的巨大潜力，在近几十年来引起了人们的广泛关注。血红蛋白、组织和脂质占可见光从540nm到700nm的主要吸收，而水对波长大于900nm的光子有显著的吸收相反，光信号在该范围内700nm～900nm在活体中具有很强的穿透性，因此被编码为活体成像的“光学窗口”。(S.Luo,E.Zhang,Y.Su,T.Cheng,C.Shi,Biomaterials 2011,32,7127-7138.)这一范围内荧光光子的探测和成像一直被认为是医学诊断、手术或治疗的一项强有力的实时技术。

近红外波段光子传感的实现主要依赖于无机窄禁带材料。例如，砷化镓、硅、硒化铅和砷化铟镓作为近红外光电探测器的光活性层已被广泛研究。然而，这些无机窄禁带材料的制备过程包括合金化、掺杂、刻蚀、外延等，非常复杂和昂贵。(M.Garcia,C.Edmiston,T.York,R.Marinov,S.Mondal,N.Zhu,G.P.Sudlow,W.J.Akers,J.Margenthaler,S.Achilefu,R.Liang,M.A.Zayed,M.Y.Pepino,V.Gruev,Optica 2018,5,413-422)更糟糕的是，当激发光子和荧光光子都处于窄的近红外光谱范围内时，由于激发光子的噪声不能被有效地排除，这些近红外光谱中由带隙决定的宽带响应使它们无法选择性地感知近红外光谱的特征荧光。(R.Yousefi,M.R.Mahmoudian,A.Sa′aedi,M.Cheraghizade,F.Jamali-Sheini,M.Azarang,Ceram.Int.2016,42,15209-15216；)

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于生物窗口的近红外光电探测器。模拟了蝴蝶复眼中的该结构，用于仿生近红外响应增强光电探测器。通过搭建了仿生介电介质层组成的微腔，并采用由薄膜工程制备的无机卤化物钙钛矿作为光活性层，实现了应用于生物窗口的近红外选择性光响应探测和近红外探测响应的增强。

一种仿生近红外响应增强的光电探测器的制备方法，由如下步骤制备：

将LiF/NPB层交替正反地多层蒸镀至ITO玻璃片的非ITO面，搭建光学微腔；

将玻璃片的另一侧作为基底，将CsPb_0.5Sn_0.5I₃溶液作为光电探测器件的光活性层的前驱体，通过旋涂制备成光电探测器件。

进一步的，步骤1)中，所述的光学微腔由交替的LiF/NPB层构成，每层的光学厚度为目标波长的n分之一，n为大于0的正数，光学微腔由交替的m层LiF/NPB层组成，m为大于0的正数，LiF/NPB层交替正反地蒸镀至玻璃片上。

进一步的，步骤2)中采用的Cs、Pb、Sn、I摩尔配比为1：0.5：0.5：3。

进一步的，目标波长为近红外波长。

进一步的，LiF折射率为1.33，NPB折射率为2.1。