【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体指一种自驱动异质结波长传感方法及波长传感器。
技术介绍
1、波长传感器作为波长探测技术的核心部件，在图像传感、光通信、环境监测、医疗检测等众多领域发挥着关键作用。它能够在一定波长范围内定量识别波长，其工作原理是通过探测被目标场景中物体吸收或反射的光子，与外部世界相互作用来实现波长识别。
2、目前，波长传感器主要分为滤波型和无滤波型。滤波型波长传感器将滤波器与光电探测器组合，利用滤波器对特定波长的选择性透射或反射特性实现波长探测。这种类型的传感器结构相对简单，波长选择精度较高，但它需要多个滤波器和多个探测器组合才能实现宽光谱检测，这不仅增加了系统复杂性，还使得小型化难以实现，并且滤波器性能极易受到环境和温度的影响，稳定性较差。
3、无滤波型波长传感器则可同时实现滤波与检测功能，其无需额外光学滤波器。常见的无滤波型波长传感器包括垂直堆叠型、梯度带隙型和窄带材料型。垂直堆叠型将不同半导体材料形成多个pn结并垂直堆叠，依据波长较长的光比波长较短的光穿透吸收层更深的原理，不同波长入射光在不同pn结形成与波长相关的光电流，通过比较光电流差别实现波长检测。梯度带隙型使用带隙渐变的半导体材料，不同波长的光在材料不同位置被吸收，带隙变化导致光生载流子分布与波长相关，从而实现波长探测。窄带材料型基于窄带材料对特定波长的光敏感，通过检测光电流强度或分布确定入射光波长。然而，现有的无滤波型波长传感器同样存在问题。一方面，它们主要采用pn、pin结，这需要复杂工艺精确调控掺杂浓度与结深，制作工艺复杂，成本
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于如何克服现有技术中波长传感器在性能、成本、稳定性等方面存在不足，提供一种自驱动异质结波长传感方法及波长传感器。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种自驱动异质结波长传感方法，其包括：步骤s1、提供基底，并在所述基底两侧分别设置第一电极层及第二电极层；步骤s2、在所述第一电极层上设置第一异质结光电探测器，在所述第二电极层上设置第二异质结光电探测器，其中，所述第一异质结光电探测器在待测波长范围内的透射率高于第二异质结光电探测器；步骤s3、在所述第一异质结光电探测器上设置正面电极层，同时，在所述第二异质结光电探测器上设置背面电极层，其中，所述正面电极层上设有间隙区域，以暴露至少部分所述第一异质结光电探测器；步骤s4、使待测光由所述间隙区域朝向所述背面电极层入射，并依次经过所述第一异质结光电探测器、基底以及第二异质结光电探测器，其中，所述第一异质结光电探测器吸收部分待测光，且其透射率在待测波长范围内随着波长的增加而增加，所述第二异质结光电探测器吸收所述透过第一异质结光电探测器的光；步骤s5、检测所述第一异质结光电探测器中光电流响应强度iph1，同时检测所述第二异质结光电探测器中光电流响应强度iph2；步骤s6、通过iph1及iph2的比值拟合出待测波长范围内具有单调性的光电流比-波长曲线，以完成光波传感。
3、在本专利技术的一个实施例中，所述第一异质结界面处第一价带边的能量差大于第一导带边的能量差，以通过所述第一异质结内建电场分离光生电子，所述第一电极层收集所述第一异质结分离出的空穴；所述第二异质结界面处第二导带边的能量差大于第二价带边的能量差，以通过所述第二异质结内建电场分离光生空穴，所述第二电极层收集所述第二异质结分离出的电子。
4、在本专利技术的一个实施例中，步骤s2中，所述第一异质结光电探测器的制备方法为：使电子传输层以及p型晶硅光吸收层相互连接，所述电子传输层以及所述p型晶硅光吸收层相互结合处形成第一异质结，其中，所述p型晶硅光吸收层连接所述第一电极层。
5、在本专利技术的一个实施例中，所述p型晶硅光吸收层掺杂浓度为1015~1018cm-3，所述电子传输层基材为sno2、tio2、ga2o3或zno中的一种，且其掺杂浓度为1016~1017cm-3。
6、在本专利技术的一个实施例中，步骤s2中，所述第二异质结光电探测器的制备方法为：使空穴传输层以及n型晶硅光吸收层相互连接，所述空穴传输层以及所述n型晶硅光吸收层相互结合处形成第二异质结，其中，所述n型晶硅光吸收层连接所述第二电极层。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述n型晶硅光吸收层连接所述第二电极层，其中，所述n型晶硅光吸收层掺杂浓度为1015~1018cm-3，所述空穴传输层的基材为nio、moo3、coo或bi2o3中的一种，且其掺杂浓度为1018~1019cm-3。
8、在本专利技术的一个实施例中，在部分所述待测波长范围内，随着所述待测波长的增加，所述第一异质结光电探测器中光电流响应强度iph1变化过程与所述第二异质结光电探测器中光电流响应强度iph2变化过程的单调性相反。
9、本专利技术还提供一种波长传感器，其用以通过上述的自驱动异质结波长传感方法进行待测光波传感，其包括：基底；第一电极层以及第二电极层，所述第一电极层以及所述第二电极层分别连接于所述基底相对的两侧；第一异质结光电探测器，所述第一异质结光电探测器连接于所述第一电极层，部分待测光波被所述第一异质结吸收并在对应内建电场作用下形成光电流；第二异质结光电探测器，所述第二异质结光电探测器连接于所述第二电极层，透过第一异质结光电探测器的光波被所述第二异质结吸收并在对应内建电场作用下形成光电流；正面电极及背面电极，所述正面电极连接所述第一异质结光电探测器，所述背面电极连接所述第二异质结光电探测器，其中，所述正面电极上设有间隙区域，以暴露至少部分所述第一异质结光电探测器。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述背面电极、所述第二异质结光电探测器、所述第二电极层、所述基底、所述第一电极层、所述第一异质结光电探测器以及所述正面电极在波长传感器的高度方向由下至上依次堆叠连接。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述第一异质结光电探测器包括相互结合的电子传输层以及p型晶硅光吸收层，以形成所述第一异质结，其中，所述p型晶硅光吸收层与所述第一电极层连接；所述第二异质结光电探测器包括相互结合的空穴传输层以及n型晶硅光吸收层，以形成所述第二异质结，其中，所述n型晶硅光吸收层与所述第二电极层连接。
12、在本专利技术的一个实施例中，所述电子传输层、所述p型晶硅光吸收层、所述空穴传输层以及所述n型晶硅光吸收层均为平面二维结构，其中，所述电子传输层厚度为40~160nm，所述p型晶硅光吸收层厚度为2~10μm，所述空穴传输层厚度为40~160nm，所述n型晶硅光吸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：所述第一异质结在界面处的第一价带边的能量差大于第一导带边的能量差，以通过所述第一异质结内建电场分离光生电子，所述第一电极层收集所述第一异质结分离出的空穴；所述第二异质结在界面处的第二导带边的能量差大于第二价带边的能量差，以通过所述第二异质结内建电场分离光生空穴，所述第二电极层收集所述第二异质结分离出的电子。
3.根据权利要求1所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：步骤S2中，所述第一异质结光电探测器的制备方法为：使电子传输层以及p型晶硅光吸收层相互连接，所述电子传输层以及所述p型晶硅光吸收层相互结合处形成第一异质结，其中，所述p型晶硅光吸收层连接所述第一电极层。
4.根据权利要求3所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：所述p型晶硅光吸收层掺杂浓度为1015~1018cm-3，所述电子传输层基材为SnO2、TiO2、Ga2O3或ZnO中的一种，且其掺杂浓度为1016~1017cm-3。
5.根据权利要求1所述
6.根据权利要求5所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：所述n型晶硅光吸收层连接所述第二电极层，其中，所述n型晶硅光吸收层掺杂浓度为1015~1018cm-3，所述空穴传输层的基材为NiO、MoO3、CoO或Bi2O3中的一种，且其掺杂浓度为1018~1019cm-3。
7.根据权利要求1所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：在待测波长范围内，随着所述待测波长的增加，所述第一异质结光电探测器中光电流响应强度Iph1变化过程与所述第二异质结光电探测器中光电流响应强度Iph2变化过程的单调性相反。
8.一种波长传感器，其特征在于：用以通过权利要求1~7中任意一项所述的自驱动异质结波长传感方法进行待测光波传感，其包括：
9.根据权利要求8所述的波长传感器，其特征在于：所述背面电极、所述第二异质结光电探测器、所述第二电极层、所述基底、所述第一电极层、所述第一异质结光电探测器以及所述正面电极在波长传感器的高度方向由下至上依次堆叠连接。
10.根据权利要求8所述的波长传感器，其特征在于：所述第一异质结光电探测器包括相互结合的电子传输层以及p型晶硅光吸收层，以形成所述第一异质结，其中，所述p型晶硅光吸收层与所述第一电极层连接；所述第二异质结光电探测器包括相互结合的空穴传输层以及n型晶硅光吸收层，以形成所述第二异质结，其中，所述n型晶硅光吸收层与所述第二电极层连接，其中，所述电子传输层、所述p型晶硅光吸收层、所述空穴传输层以及所述n型晶硅光吸收层均为平面二维结构，其中，所述电子传输层厚度为40~160nm，所述p型晶硅光吸收层厚度为2~10μm，所述空穴传输层厚度为40~160nm，所述n型晶硅光吸收层厚度为10~100μm，且所述n型晶硅光吸收层厚度大于所述p型晶硅光吸收层厚度。
...【技术特征摘要】
1.一种自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：所述第一异质结在界面处的第一价带边的能量差大于第一导带边的能量差，以通过所述第一异质结内建电场分离光生电子，所述第一电极层收集所述第一异质结分离出的空穴；所述第二异质结在界面处的第二导带边的能量差大于第二价带边的能量差，以通过所述第二异质结内建电场分离光生空穴，所述第二电极层收集所述第二异质结分离出的电子。
3.根据权利要求1所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：步骤s2中，所述第一异质结光电探测器的制备方法为：使电子传输层以及p型晶硅光吸收层相互连接，所述电子传输层以及所述p型晶硅光吸收层相互结合处形成第一异质结，其中，所述p型晶硅光吸收层连接所述第一电极层。
4.根据权利要求3所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：所述p型晶硅光吸收层掺杂浓度为1015~1018cm-3，所述电子传输层基材为sno2、tio2、ga2o3或zno中的一种，且其掺杂浓度为1016~1017cm-3。
5.根据权利要求1所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：步骤s2中，所述第二异质结光电探测器的制备方法为：使空穴传输层以及n型晶硅光吸收层相互连接，所述空穴传输层以及所述n型晶硅光吸收层相互结合处形成第二异质结，其中，所述n型晶硅光吸收层连接所述第二电极层。
6.根据权利要求5所述的自驱动异质结波长传感方法，其特征在于：所述n型晶硅光吸收层连接所述第二电极层，其中，所述n型晶硅光吸收层掺杂浓度为1015~1...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌羽喆，吴绍龙，田子亦，赵研，邱礼鹏，赵子涵，李孝峰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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