一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器制造技术

本发明专利技术涉及光电探测领域，具体提供了一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器。该光电探测器包括包括基底、石墨烯层、贵金属纳米颗粒、碳量子点、电极，基底的一侧固定设置有石墨烯层，石墨烯层远离基底的一侧的两端分别固定设置有一个电极，石墨烯层远离基底的一侧的两个电极之间固定铺设有贵金属纳米颗粒，贵金属纳米颗粒远离石墨烯层的一侧固定铺设有碳量子点。探测过程中，碳量子点和贵金属纳米颗粒均既参与“吸收”过程还参与“分离”过程，使得“吸收”过程产生更多的载流子，提升探测的准确度，使得“分离”过程更快，提升探测器的响应速度，即灵敏度更高。即灵敏度更高。即灵敏度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器


[0001]本专利技术涉及光电探测领域，具体涉及一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器。

技术介绍

[0002]随着互联网的快速发展，已经开始部署6G网络，对通讯速率和通讯容量的要求激增。光电探测器是一种利用光电效应将光信号转化为电信号的装置，通过探测电信号的变化得到光信号的变化，从而实现光信号的探测。实际应用中需要响应速度更快，即探测灵敏度更高、探测准确度也更高的光电探测器；根据应用场景的不同对光电探测器的带宽也提出了新的要求，在某些领域需要光电探测器的带宽较宽，如对通讯速率要求较高的领域，在另外一些领域需要光电探测器对特定频率特定光强的光信号探测灵敏，如各个接收端。因此，对光电探测的灵敏度、准确度、可设计性提出了新的要求。
[0003]光电探测的实现过程大致分为吸收光子能量、产生载流子、使载流子迁移三部分，光子能量的吸收与吸收材料的吸收性能密切相关，载流子的产生与材料、周围环境相关，载流子的迁移与载流子的浓度和迁移路径上的电导率相关。然而，现有的光电探测器仅仅考虑了三个过程各自的完整性，没有将三个过程综合考虑，这使得现有的光电探测器的灵敏度和准确度不够高。现有的光电探测器主要通过更换吸收光信号的材料的方式实现光探测器的带宽、响应波段等的变化，从而设计出不同用途的光电探测器，这使得光电探测器的可设计性较差。
[0004]综上所述，现有的光电探测器存在灵敏度和准确度不够高，及可设计性较差的问题。

技术实现思路

[0005]为解决以上问题，本专利技术提供了一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器。
[0006]本专利技术的技术构思是：光电探测器的探测过程分为吸收、分离、传输三个过程。碳量子点具有极好的吸收特性，在光照作用下，碳量子点吸收光子能量产生光生电子空穴对，同时产生荧光。在光电探测器中引入贵金属纳米颗粒，一方面贵金属纳米颗粒在光照作用下产生局域表面等离激元共振，贵金属纳米颗粒表面产生强电场，在强电场作用下，产生载流子，即碳量子点和贵金属纳米颗粒均参与了“吸收”过程，对光照的利用率较高，这使得产生的载流子更多，从而提升探测的灵敏度和准确度。碳量子点产生的荧光照射在贵金属纳米颗粒上，使得贵金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振的强度更大，产生的电场更强，生成的载流子更多，进一步提升光电探测器的灵敏度和准确度。对于“分离”过程，贵金属纳米颗粒表面产生的强电场使得碳量子点产生的电子空穴对快速分离，从而提升光电探测器的灵敏度和准确度。由于具有良好的电导率，使用石墨烯作为传输介质，使得“传输”过程较快。另外，碳量子点和贵金属纳米颗粒的尺寸、排布很容易改变，通过改变碳量子点和贵金
属纳米颗粒的尺寸、排布能够设计出适用于不同应用环境的光电探测器，即本专利技术光电探测器的可设计性较强。本申请通过碳量子点、贵金属纳米颗粒、石墨烯将“吸收”过程、“分离”过程、“传输”过程统筹考虑，尤其是“吸收”过程和“分离”过程的相互配合，使得光电探测器的灵敏度、准确度、可设计性均得到提升。
[0007]本专利技术的技术方案是：本专利技术提供了一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器，该光电探测器由下到上依次包括基底、石墨烯层、贵金属纳米颗粒、碳量子点和两个相同的电极，石墨烯层固定设置与基底的一侧，在石墨烯层的两端分别固定设置有一个电极，电极用于探测光信号时外加电压形成电回路。石墨烯层远离基底的一侧上，两电极之间固定铺设有贵金属纳米颗粒，贵金属纳米颗粒的材料为金或银，贵金属纳米颗粒的粒径为50nm
‑
1000nm，相邻贵金属纳米颗粒的间距为50nm
‑
1000nm，贵金属纳米颗粒在待测光信号和碳量子点产生的荧光的作用下，产生局域表面等离激元共振或局域表面等离激元共振及其耦合，贵金属纳米颗粒表面产生的强电场，使得贵金属纳米颗粒激发出载流子，同时强电场使得电子空穴对的分离更快，即能够使得光电探测器的准确度和灵敏度较高。在贵金属纳米颗粒远离石墨烯层的一侧固定铺设有碳量子点，碳量子点的粒径为2nm
‑
100nm，碳量子点的间距为100nm
‑
1500nm，光照射在碳量子点上，产生光生电子空穴对，同时产生荧光，产生的荧光作用于贵金属纳米颗粒上，使得局域表面等离激元共振更强，从而产生更强的电场，使得贵金属纳米颗粒产生更多的激发载流子，同时使得电子空穴对的分离更快，因此，使得光电探测器的准确度和灵敏度均较高。通过改变贵金属纳米颗粒和碳量子点的粒径和排布方式，能够设计出适用于不同用途的光电探测器，因此，本申请光电探测器的可设计性较强。
[0008]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器。碳量子点和贵金属纳米颗粒均与探测光产生作用，即对探测光的利用率较高，从而产生较多的载流子，提升光电探测器的灵敏度和准确度。探测光信号和碳量子点产生的荧光均使得贵金属颗粒产生局域表面等离激元共振，从而产生的强电场更强，使得电场激发的载流子更多，也使得碳量子点产生的电子空穴对分离更快，从而提升光电探测器的灵敏度和准确度。探测过程中，碳量子点和贵金属纳米颗粒均既参与“吸收”过程还参与“分离”过程，使得“吸收”过程产生更多的载流子，提升探测的准确度，使得“分离”过程更快，提升探测器的响应速度，即灵敏度更高。此外，碳量子点和贵金属纳米颗粒的尺寸、排布很容易改变，通过改变碳量子点和贵金属纳米颗粒的尺寸、排布能够设计出适用于不同应用环境的光电探测器，即本专利技术光电探测器的可设计性较强。
[0009]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0010]图1是一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器的示意图。
[0011]图中：1、基底；2、石墨烯层；3、贵金属纳米颗粒；4、碳量子点；5、电极。
具体实施方式
[0012]为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
[0013]实施例1
[0014]本专利技术提供了一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器，如图1所示，由下到上依次包括基底1、石墨烯层2、贵金属纳米颗粒3、碳量子点4，在石墨烯层2的两端均固定设置有电极5，设置的两个电极5用于探测光信号时外加电压形成电回路。基底1的材料为硅或氮化硅，为本申请光电探测器的其他部件提供支撑。在基底1的一侧固定设置有石墨烯层2，具体地，石墨烯层2铺满基底1的一侧，这样能够提高基底1的空间利用率，使得本申请光电探测器的体积更小。石墨烯层2为单层或双层石墨烯材料，优选地，石墨烯层2为单层石墨烯材料，这样导电性能更好，具体地，这是由于石墨烯材料的带隙随着层数的增加而变大，带隙较大的多层石墨烯的带隙大于零，这使得石墨烯的导电性能下降，因此，石墨烯层2采用单层或双层的石墨烯材料，能够保证较好的导电性能，使得本申请光电探测器的“传输”过程更快，从而缩短光电探测器的响应时间，提升光电探测器的灵敏度。石墨烯层2的制备采用在基底1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括基底、石墨烯层、贵金属纳米颗粒、碳量子点、电极，所述基底的一侧固定设置有所述石墨烯层，所述石墨烯层远离所述基底的一侧的两端分别固定设置有一个所述电极，所述石墨烯层远离所述基底的一侧的两个所述电极之间固定铺设有所述贵金属纳米颗粒，所述贵金属纳米颗粒远离所述石墨烯层的一侧固定铺设有所述碳量子点。2.如权利要求1所述的基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器，其特征在于：所述贵金属纳米颗粒将所述石墨烯层两个所述电极之间铺满，且所述贵金属纳米颗粒与所述电极不接触。3.如权利要求2所述的基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器，其特征在于：所述碳量子点和所述贵金属纳米颗粒铺设的形状和面积相同。4.如权利要求3所述的基于碳量子点和贵金属纳米颗粒的光电探测器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雯，杨培志，葛文，王琴，邓书康，季旭，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：