专利摘要

本发明提供了一种光探测与电致发光双功能集成器件，包括底电极、设置在所述底电极上表面的n型半导体层、设置在所述n型半导体层上表面的i型中间层、设置在所述i型中间层上表面的p型半导体层和设置在所述p型半导体层上表面的顶电极，其中，所述n型半导体层由ZnO微米球形成，所述i型中间层由CsPbBr3形成，所述p型半导体层为Mg掺杂的GaN基片。本发明提供的双功能集成器件实现了高响应度的紫外探测和超纯的绿光发射。本发明利用发光和探测的活性层分离，首次获得了电致发光区域和光响应波段不同的双功能集成器件，有效的避免了发光和探测性能的相互削减，具有巨大的应用潜力。

权利要求

1.一种光探测与电致发光双功能集成器件，包括底电极、设置在所述底电极上表面的n型半导体层、设置在所述n型半导体层上表面的i型中间层、设置在所述i型中间层上表面的p型半导体层和设置在所述p型半导体层上表面的顶电极，其中，所述n型半导体层由ZnO微米球形成，所述i型中间层由CsPbBr3形成，所述p型半导体层为Mg掺杂的GaN基片。

2.根据权利要求1所述的双功能集成器件，其特征在于，所述n型半导体层的厚度为1.9～2.1μm。

3.根据权利要求1所述的双功能集成器件，其特征在于，所述i型中间层的厚度为0.9～1.1μm。

4.权利要求1～3任一项所述双功能集成器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)在底电极的上表面制备ZnO微米球，经退火处理，形成n型半导体层；

(2)在所述步骤(1)中n型半导体层的上表面制备CsPbBr3，经退火处理，形成i型中间层；

(3)在所述步骤(2)中i型中间层的上表面设置Mg掺杂的GaN基片，经封装处理，得到双功能集成器件；所述Mg掺杂的GaN基片的上表面预先设置有顶电极。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中制备ZnO微米球的方法包括以下步骤：

将锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠和水混合，得到前驱液；

将所述前驱液浸没底电极，在水浴温度为85～95℃的条件下保温1.5～2.5h，在所述底电极的上表面制备得到ZnO微米球。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中退火处理的温度为250～350℃，所述退火处理的时间为1.5～2.5h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中制备CsPbBr3的方法包括以下步骤：

在所述步骤(1)中n型半导体层的上表面涂覆PbBr2二甲基亚枫溶液，经烘烤处理后浸泡于CsBr甲醇溶液中进行化合反应，在所述n型半导体层的上表面制备得到CsPbBr3。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述化合反应的温度为20～40℃，所述化合反应的时间为8～12min。

9.根据权利要求4、7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中退火处理的温度为250～350℃，所述退火处理的时间为8～12min。

10.权利要求1～3任一项所述双功能集成器件或权利要求4～9任一项所述制备方法制备得到的双功能集成器件在紫外线报警器集成芯片、智能照明灯具、光纤通讯中继器集成元件、非接触交互式显示屏或多个显示器之间大规模并行数据通讯中的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及光探测与电致发光技术领域，尤其涉及一种光探测与电致发光双功能集成器件及其制备方法和应用。

背景技术

如何制备出效率高、寿命长、安全和性能稳定的发光二极管(LED)越来越成为研究的重点。然而，LED不仅仅具备发光显示功能，它也可能成为光学传感器。早在1970年，ForrestM.Mims(F.M.Mims,Siliconnections:Coming ofage inthe electronic era,McGraw-Hill Companies,1986；F.M.Mims III,L.Circuits,Inc.,NewYork,NY 1973,60.)就系统地介绍过固体发光和探测之间的交互作用。在正向偏压下，电子和空穴注入结区，复合辐射发光；在0V或者负偏压下，内建电场分离光生电子空穴对，实现对光的探测。近年来，这种具备光响应和电致发光双功能性质的能力在交互式通讯系统领域显示了巨大的应用前景。近期，Oh等人(N.Oh,B.H.Kim,S.-Y.Cho,S.Nam,S.P.Rogers,Y.Jiang,J.C.Flanagan,Y.Zhai,J.-H.Kim,J.Lee,Science 2017,355,616.)更是将此双功能特性推向了一个新的高度，他们利用量子点技术，设计了“双异质结”胶体半导体纳米棒，在一个LED器件中实现电致发光和基于光伏响应产生光电流两个功能，让LED器件既能发光又能检测光信号。在他们报道中，重点演示了如何利用这些双功能二极管阵列实现了无接触交互式显示屏到能量收集和清除显示等功能。此外，这些LED器件亦可应用于显示器与显示器之间的大规模并行数据通讯。

尽管此类双功能器件拥有极大的应用前途，但是在理论机制上却是相互矛盾的。基于载流子输运理论，光电响应要求：当光子照射到pn结上，产生的电子-空穴对(当光子能量大于半导体的禁带宽度)在内建电场(或者外加偏压)下实现分离，最终产生光电流；而对LED来说，要求在外加内场下，电子空穴被束缚在半导体中最终实现复合发光。这样对一种材料器件而言，其具备较好的光电响应性能必然削弱其发光性能，因此同时具备高性能的发光与探测器件面临极大的挑战。例如Yasuhiro Shiraki等(X.Xu,T.Chiba,T.Maruizumi,Y.Shiraki,Lasers and Electro-Optics Pacific Rim,2013.)利用Ge量子点作为功能材料，轻松地获得了开关比高达104的光电响应，但是该器件在电致发光方面存在色度不纯等问题。A.J.Heeger等(G.Yu,C.Zhang,A.J.Heeger,AppliedPhysics Letters 1994,64,1540.)使用聚合物(2-methoxy-5-(2′-ethyl-hexyloxy)-l,4-phenylene vinylene)作为功能材料，同样获得了近104的开关比，但是该器件电致发光的外量子效应只有1％。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于一种光探测与电致发光双功能集成器件及其制备方法和应用，本发明提供的光探测与电致发光双功能集成器件能够实现高响应度的紫外探测和超纯的绿光发射。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光探测与电致发光双功能集成器件，包括底电极、设置在所述底电极上表面的n型半导体层、设置在所述n型半导体层上表面的i型中间层、设置在所述i型中间层上表面的p型半导体层和设置在所述p型半导体层上表面的顶电极，其中，所述n型半导体层由ZnO微米球形成，所述i型中间层由CsPbBr3形成，所述p型半导体层为Mg掺杂的GaN基片。

优选的，所述n型半导体层的厚度为1.9～2.1μm。

优选的，所述i型中间层的厚度为0.9～1.1μm。

本发明提供了上述技术方案所述双功能集成器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)在底电极的上表面制备ZnO微米球，经退火处理，形成n型半导体层；

(2)在所述步骤(1)中n型半导体层的上表面制备CsPbBr3，经退火处理，形成i型中间层；

(3)在所述步骤(2)中i型中间层的上表面设置Mg掺杂的GaN基片，经封装处理，得到双功能集成器件；所述Mg掺杂的GaN基片的上表面预先设置有顶电极。

优选的，所述步骤(1)中制备ZnO微米球的方法包括以下步骤：

将锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠和水混合，得到前驱液；

将所述前驱液浸没底电极，在水浴温度为85～95℃的条件下保温1.5～2.5h，在所述底电极的上表面制备得到ZnO微米球。

优选的，所述步骤(1)中退火处理的温度为250～350℃，所述退火处理的时间为1.5～2.5h。

优选的，所述步骤(2)中制备CsPbBr3的方法包括以下步骤：

在所述步骤(1)中n型半导体层的上表面涂覆PbBr2二甲基亚枫溶液，经烘烤处理后浸泡于CsBr甲醇溶液中进行化合反应，在所述n型半导体层的上表面制备得到CsPbBr3。

优选的，所述化合反应的温度为20～40℃，所述化合反应的时间为8～12min。

优选的，所述步骤(2)中退火处理的温度为250～350℃，所述退火处理的时间为8～12min。

本发明提供了上述技术方案所述双功能集成器件或上述技术方案所述制备方法制备得到的双功能集成器件在紫外线报警器集成芯片、智能照明灯具、光纤通讯中继器集成元件、非接触交互式显示屏或多个显示器之间大规模并行数据通讯中的应用。

本发明提供了一种光探测与电致发光双功能集成器件，包括底电极、设置在底电极上表面的n型半导体层、设置在所述n型半导体层上表面的i型中间层、设置在所述i型中间层上表面的p型半导体层和设置在所述p型半导体层上表面的顶电极，其中，所述n型半导体层由ZnO微米球形成，所述i型中间层由CsPbBr3形成，所述p型半导体层为Mg掺杂的GaN基片。本发明巧妙的利用材料的能级特性以及CsPbBr3(无机钙钛矿)的双载流子输运特性，在无外加偏压时(光探测模式)，将ZnO微米球作为活性层，CsPbBr3和Mg掺杂的GaN基片作为空穴传输层，实现了高响应度的紫外探测；利用CsPbBr3优异的发光特性以及超高的缺陷容忍度，当外部施加正向偏压时(电致发光模式)，将ZnO微米球作为电子注入层，CsPbBr3作为活性层，Mg掺杂的GaN作为空穴注入层，实现了超纯的绿光发射。本发明利用发光和探测的活性层分离，首次获得了电致发光区域和光响应波段不同的双功能集成器件，有效的避免了发光和探测性能的相互削减。实施例的实验结果表明，在无外加偏压时，利用异质结的光伏特性，激子在ZnO中分离，实现自供电紫外探测，其响应度和探测度分别为0.23A/W和2.4×1013cmHz1/2/W；在正向偏压下，激子在CsPbBr3中复合，实现超纯的绿光发射。

进一步的，本发明提供双功能集成器件可用于制备紫外线报警器集成芯片、智能照明灯具以及光纤通讯中继器集成元件等实用器件，并可应用于非接触交互式显示屏以及多个显示器之间大规模并行数据通讯等领域。

进一步的，本发明提供的双功能集成器件较单一性能分立器件，减少了制造时间，节省了制造成本，有效的提高了集成度，具有巨大的应用潜力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为实施例1中不同浓度前驱液制备的ZnO微米球堆积情况的SEM图；

图2为实施例2中不同浓度PbBr2二甲基亚枫溶液制备得到的CsPbBr3的SEM图；

图3为实施例2中1mol/L PbBr2二甲基亚枫溶液制备得到的CsPbBr3的XRD图；

图4为实施例3中双功能集成器件的结构以及工作模式图；

图5为实施例3中双功能集成器件的光电响应I-V特征曲线；

图6为实施例3中双功能集成器件的光电响应I-T特征曲线；

图7为实施例3中双功能集成器件的电致发光I-V特征曲线；

图8为实施例3中双功能集成器件的电致发光的实物图；

图9为实施例3中双功能集成器件的电致发光谱线。

具体实施方式

本发明提供了一种光探测与电致发光双功能集成器件，包括底电极、设置在底电极上表面的n型半导体层、设置在所述n型半导体层上表面的i型中间层、设置在所述i型中间层上表面的p型半导体层和设置在所述p型半导体层上表面的顶电极，其中，所述n型半导体层由ZnO微米球形成，所述i型中间层由CsPbBr3形成，所述p型半导体层为Mg掺杂的GaN基片。

本发明提供的双功能集成器件包括底电极。本发明对于所述底电极没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的底电极即可；在本发明的实施例中，具体采用厚度为380nm的FTO导电玻璃作为底电极。

本发明提供的双功能集成器件包括设置在底电极上表面的n型半导体层，所述n型半导体层由ZnO微米球形成。在本发明中，所述n型半导体层的厚度优选为1.9～2.1μm，更优选为2μm。在本发明中，在所述底电极的上表面制备ZnO微米球的过程中，在所述底电极的上表面会先生成一层ZnO纳米墙，然后在所述ZnO纳米墙上生成ZnO微米球；所述ZnO纳米墙的厚度优选为400～600nm，更优选为500nm；所述ZnO微米球的粒径优选为1.4～1.6μm，更优选为1.5μm。

本发明提供的双功能集成器件包括设置在所述n型半导体层上表面的i型中间层，所述i型中间层由CsPbBr3(全无机钙钛矿)形成。在本发明中，所述i型中间层的厚度优选为0.9～1.1μm，更优选为1μm。在本发明中，所述CsPbBr3作为i型中间层，是载流子的复合发光中心。

本发明提供的双功能集成器件包括设置在所述i型中间层上表面的p型半导体层，所述p型半导体层为Mg掺杂的GaN基片。在本发明中，所述Mg掺杂的GaN基片优选包括衬底和在所述衬底上的外延层，所述外延层由Mg掺杂GaN形成；所述外延层的厚度优选为3.9～4.1μm，更优选为4μm。在本发明中，所述衬底优选为蓝宝石衬底。在本发明中，所述双功能集成器件中i型中间层的上表面具体是与Mg掺杂的GaN基片的外延层相接。

本发明提供的双功能集成器件包括设置在所述p型半导体层上表面的顶电极。本发明对于所述顶电极没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的顶电极即可；在本发明的实施例中，具体采用铟顶电极。

本发明提供了上述技术方案所述双功能集成器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)在底电极的上表面制备ZnO微米球，经退火处理，形成n型半导体层；

(2)在所述步骤(1)中n型半导体层的上表面制备CsPbBr3，经退火处理，形成i型中间层；

(3)在所述步骤(2)中i型中间层的上表面设置Mg掺杂的GaN基片，经封装处理，得到双功能集成器件；所述Mg掺杂的GaN基片的上表面预先设置有顶电极。

本发明在底电极的上表面制备ZnO微米球，经退火处理，形成n型半导体层。本发明优选在使用前对所述底电极进行预处理，所述预处理的方法优选包括依次进行的洗涤处理和紫外臭氧环境处理。在本发明中，所述洗涤处理优选包括依次进行的去离子水洗、丙酮洗和乙醇洗；所述洗涤处理优选在超声条件下进行。在本发明的实施例中，具体是在超声条件下，依次采用去离子水、丙酮和乙醇对所述FTO导电玻璃分别洗涤15min。在本发明中，所述洗涤处理能够去除FTO导电玻璃表面吸附的杂质，确保FTO导电玻璃的清洁度。在本发明中，所述紫外臭氧环境处理的时间优选为25～35min；所述紫外臭氧环境处理优选采用Novascan PSD系列紫外臭氧清洗仪进行。在本发明中，所述紫外臭氧环境处理能够增加FTO导电玻璃表面的浸润度。

在本发明中，制备所述ZnO微米球的方法优选包括以下步骤：

将锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠和水混合，得到前驱液；

将所述前驱液浸没底电极，在水浴温度为85～95℃的条件下保温1.5～2.5h，在所述底电极的上表面制备得到ZnO微米球。

本发明优选将锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠和水混合，得到前驱液。在本发明中，所述锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠的摩尔比和水的体积比优选为3mmol：(2.8～3.2)mmol：(0.75～0.85)mmol：(280～320)mL；更优选为3mmol：3mmol：0.8mmol：300mL。在本发明中，所述锌盐优选包括六水合硝酸锌或醋酸锌。在本发明中，所述锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠和水的混合优选在搅拌条件下进行；本发明对于所述搅拌没有特殊的限定，能够将锌盐、六次甲基四胺、二水合柠檬酸钠完全溶解在水中，使各物料混合均匀即可。

得到前驱液后，本发明优选将所述前驱液浸没底电极，在水浴温度为85～95℃的条件下保温1.5～2.5h，在所述底电极的上表面制备得到ZnO微米球。在本发明的实施例中，实验室试验时具体是将所述前驱液倒入底部铺有底电极的烧杯中，浸没底电极，然后将烧杯置于85～95℃的水浴中，保温1.5～2.5h。在本发明中，在向底部铺有底电极的烧杯中倒入所述前驱液时需要缓慢进行，防止倒入过快会将铺在烧杯底部的底电极冲翻。

保温结束后，本发明优选将得到的样片依次进行洗涤和干燥。在本发明中，所述洗涤所采用的洗涤试剂优选为去离子水。在本发明中，所述干燥优选在在保护气氛下进行；所述干燥的温度优选为75～85℃，所述干燥的时间优选为1.5～2.5h。本发明对于提供所述保护气氛的保护气体没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的保护气体即可，具体如氮气。在本发明中，所述干燥是为了去除洗涤后残余的洗涤试剂。

在底电极的上表面制备ZnO微米球后，本发明将所得样片经退火处理，在所述底电极的上表面形成n型半导体层。在本发明中，所述退火处理的温度优选为250～350℃，更优选为275～325℃，最优选为300℃；所述退火处理的时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。本发明对于进行所述退火处理所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够进行退火处理的设备即可，具体如马沸炉。在本发明中，所述退火处理能够提高ZnO微米球的结晶度，减少氧空位。

在所述底电极的上表面形成n型半导体层后，本发明在所述n型半导体层的上表面制备CsPbBr3，经退火处理，形成i型中间层。在本发明中，制备所述CsPbBr3的方法优选包括以下步骤：

在所述n型半导体层的上表面涂覆PbBr2二甲基亚枫溶液，经烘烤处理后浸泡于CsBr甲醇溶液中进行化合反应，在所述n型半导体层的上表面制备得到CsPbBr3。

在本发明中，所述PbBr2二甲基亚枫溶液的浓度优选为0.8～1.2mmol/mL，更优选为1mmol/mL。在本发明中，所述PbBr2二甲基亚枫溶液的配制方法优选是将PbBr2与二甲基亚枫混合，65～75℃下保温14～16h，使PbBr2在二甲基亚枫中充分溶解，形成胶体；采用孔径为0.22μm的滤网过滤所述胶体，去除粒径较大的PbBr2颗粒，得到PbBr2二甲基亚枫溶液。

本发明对于所述涂覆没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可；在本发明的实施例中，具体采用旋涂；所述旋涂的转速优选为2800～3200rpm，所述旋涂的时间优选为25～35s。

在本发明中，所述烘烤处理的温度优选为75～85℃，所述烘烤处理的时间优选为25～35min。在本发明中，所述烘烤处理是为了去除二甲基亚枫。

在本发明中，所述CsBr甲醇溶液的浓度优选为13～17mg/mL，更优选为15mg/mL。在本发明中，所述CsBr甲醇溶液的配制方法优选是将CsBr与甲醇混合，搅拌25～35min，使CsBr在甲醇中充分溶解。

在本发明中，所述化合反应的温度优选为20～40℃，更优选为25～35℃；在本发明的实施例中，所述化合反应具体是在室温下进行，即不需要额外的加热或冷却。在本发明中，所述化合反应的时间优选为8～12min，更优选为10min。

在所述n型半导体层的上表面制备CsPbBr3后，本发明将所得样片经退火处理，在所述n型半导体层的上表面形成i型中间层。在本发明中，所述退火处理的温度优选为250～350℃，更优选为275～325℃，最优选为300℃；所述退火处理的时间优选为8～12min，更优选为10min。本发明对于进行所述退火处理所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够进行退火处理的设备即可，具体如热台。在本发明中，所述退火处理能够去除残留的二甲基亚枫，提高CsPbBr3的结晶度。

在n型半导体层的上表面形成i型中间层后，本发明在所述i型中间层的上表面设置Mg掺杂的GaN基片，经封装处理，得到双功能集成器件；所述Mg掺杂的GaN基片的上表面预先设置有顶电极。在本发明中，在所述Mg掺杂的GaN基片的上表面预先设置顶电极的方法，优选是将熔融的铟涂覆在Mg掺杂的GaN基片的上表面；所述熔融的铟优选是使用电烙铁将铟颗粒融化得到。

本发明对于所述封装处理没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的封装处理的技术方案即可。在本发明的实施例中，具体是使用电烙铁将铟颗粒融化后涂覆在Mg掺杂的GaN基片的上表面，将所述Mg掺杂的GaN基片的下表面对准i型中间层，成十字交叉状，以确保底电极和顶电极均能裸露在外，便于测试；然后使用夹子将上表面预先设置有顶电极的Mg掺杂的GaN基片和具有i型中间层的样片固定，以免在后续封装处理过程中，两者滑动；最后使用环氧树脂胶水，将上表面预先设置有顶电极的Mg掺杂的GaN基片和具有i型中间层的样片的外部填充满形成整体(需注意应避免所述环氧树脂胶水进入两层材料之间的界面，影响器件性能)，待所述环氧树脂胶水干燥凝固后，取下夹子便得到双功能集成器件。

本发明提供了上述技术方案所述双功能集成器件或上述技术方案所述制备方法制备得到的双功能集成器件在紫外线报警器集成芯片、智能照明灯具、光纤通讯中继器集成元件、非接触交互式显示屏或多个显示器之间大规模并行数据通讯中的应用。

在本发明中，所述双功能集成器件能够应用于紫外线报警器集成芯片中。紫外线照射过量会导致皮肤癌等严重的健康问题，但是人眼无法观测到紫外线。在外电路的辅助下，通过本发明提供的双功能集成器件探测紫外线，工作模式如下：当探测到紫外线超标，外电路给一个高电压使所述双功能集成器件发射出绿光；如果紫外线没有超标，外电路给一个低电压，所述双功能集成器件继续探测紫外线。由于本发明提供的双功能集成器件发射的光刚好处于绿光波段，而此波段是人眼最为敏感的区域，这正是本发明提供的双功能集成器件的优越性所在。在本发明中，所述紫外线报警器集成芯片可以作为智能手机或者手表的可拆卸的一部分。

在本发明中，所述双功能集成器件能够应用于智能照明灯具中。在外电路的辅助下，本发明提供的双功能集成器件通过探测到的光的强度，控制智能照明灯具发光的强弱，工作模式如下：在白天，环境光越强，所述双功能集成器件输出的光电流越大，外电路反馈给双功能集成器件的电压越小，双功能集成器件发光亮度越弱；反之，在夜晚，环境光越弱，所述双功能集成器件输出的光电流越小，外电路反馈给双功能集成器件的电压越大，双功能集成器件发光亮度越强。智能照明灯具的亮度强弱与环境光强度成反比，起到实时调控环境亮度的功能，确保居住环境的舒适度。

在本发明中，所述双功能集成器件能够应用于光纤通讯中继器集成元件中。在光纤通讯中，中继器起到对数据信号的重新发送或者转发的作用。本发明提供的双功能集成器件可以实现接收和发送信号两种功能，因此在相同的集成度上，所述双功能集成器件能够实现单一性能分离器件的至少两倍的性能。也就说在制造一个光电探测器和异质结激光器的体积内，至少可以做两个以上本发明提供的双功能集成器件，极大的减小了制备成本，增加了性价比。

在本发明中，所述双功能集成器件能够应用于非接触交互式显示屏中。本发明提供的双功能集成器件可以作为显示屏的一个像素点使用，在外电路的辅助下，通过检测光强的大小控制发光的强弱，工作模式如下：当手指距离显示屏较近时，环境光被遮挡，致使显示屏此处的光强较其他区域的光强要弱，可以实现触控的定位；同时，外电路检测一个小的光电流，反馈给所述双功能集成器件一个小的电压，使发光减弱。因此，手指距离显示屏越近，检测的光强越小，像素点发光越弱。反之，手指距离显示屏越远，检测的光强越强，像素点发光越强。从传统的人被动适用显示屏的固有光强设置，到现有的实时人机互动性的主动交互，量身定做符合用户特定习惯的光强显示。

在本发明中，所述双功能集成器件能够应用于多个显示器之间大规模并行数据通讯中。在大数据的时代背景下，数据的超高速传输的需求显得日益强烈。使用本发明提供的双功能集成器件制备成显示器可以很好的解决面对面短距离数据超高速传输的问题。具体的，将一个显示器以电致发光的模式工作，作为数据的发射端；将另一个显示器以光探测的模式工作，作为数据的接收端。此处巧妙的利用了显示器极高的集成度的优势(在单位面积内集成了上亿个像素点)，从而实现大规模并行数据通讯的功能。具体说来，将本发明提供的双功能集成器件作为像素点，一个像素点发射，另一个像素点接收，当数以亿计的像素点同时发射和接收时，可以轻松地实现大规模并行数据通讯。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例中，采用场致发射扫描电子显微镜(SEM)(JSM-7100F)和X射线衍射(XRD)(Bruker D8Advance CuKa radiation)表征ZnO微米球和CsPbBr3的形貌和晶体结构；采用安捷伦B1500a测试所述双功能集成器件的光电性能；采用PrincetonInstruments Acton SP2500测得所述双功能集成器件的电致发光谱线。

实施例1

(1)将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮和乙醇各超声洗涤15min，然后在紫外臭氧环境处理30min，得到的FTO导电玻璃作为底电极；

(2)将0.8924g六水合硝酸锌，0.4206g六次甲基四胺，0.2240g二水合柠檬酸钠溶解在50mL的去离子水中，搅拌15min至充分溶解；分别加入200mL、250mL、300mL和350mL去离子水，以得到稀释5倍、6倍、7倍和8倍的前驱液；

(3)将所述前驱液分别缓慢倒入底部铺有底电极的烧杯中，浸没底电极，然后将烧杯置于水浴中，90℃保温2h；将所得样片取出，用去离子水洗涤，然后于氮气气氛中80℃干燥2h，最后于马沸炉中300℃退火处理2h，在底电极的上表面形成不同浓度前驱液制备的ZnO微米球n型半导体层。

将得到的不同浓度前驱液制备的ZnO微米球进行SEM表征分析，结果见图1。图1为不同浓度前驱液制备的ZnO微米球堆积情况的SEM图，其中(a)、(b)、(c)和(d)依次对应前驱液稀释倍数5、6、7和8倍。由图1可知，随稀释倍数增大，前驱液的浓度减小，使用其生长得到的ZnO微米球数量减少，分布变稀疏，厚度从多层降为一层。

实施例2

(1)将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮和乙醇各超声洗涤15min，然后在紫外臭氧环境处理30min，得到的FTO导电玻璃作为底电极；

(2)将0.8924g六水合硝酸锌，0.4206g六次甲基四胺和0.2240g二水合柠檬酸钠溶解在300mL的去离子水中，搅拌15min至充分溶解，得到前驱液；将所述前驱液缓慢倒入底部铺有底电极的烧杯中，浸没底电极，然后将烧杯置于水浴中，90℃保温2h；将所得样片取出，用去离子水洗涤，然后于氮气气氛中80℃干燥2h，最后于马沸炉中300℃退火处理2h，在底电极的上表面形成ZnO微米球n型半导体层；

(3)将0.5mmol、0.75mmol、1mmol、1.25mmol、1.5mmol PbBr2分别溶解在1mL二甲基亚枫中，在70℃下保温15h使PbBr2充分溶解，形成胶体，然后使用孔径为0.22μm的滤网过滤，去除粒径较大的PbBr2颗粒，得到不同浓度的PbBr2二甲基亚枫溶液；

(3)将0.3g CsBr溶解在20mL甲醇中搅拌30min，得到CsBr甲醇溶液；将PbBr2二甲基亚枫溶液分别旋涂(旋涂的转速为3000rpm，旋涂的时间为30s)在n型半导体层的上表面，在80℃下烘烤处理30min，然后在CsBr甲醇溶液中浸泡10min，在250℃下退火处理10min，在所述n型半导体层的上表面形成不同浓度PbBr2二甲基亚枫溶液制备的CsPbBr3i型中间层。

将得到的不同浓度PbBr2二甲基亚枫溶液制备的CsPbBr3进行SEM表征分析，具体如下：

图2为不同浓度PbBr2二甲基亚枫溶液制备得到的CsPbBr3的SEM图，图2中(a)～(e)依次为0.5mol/L、0.75mol/L、1mol/L、1.25mol/L和1.5mol/L PbBr2二甲基亚枫溶液制备得到的CsPbBr3的表面形貌图；(f)为1mol/L PbBr2二甲基亚枫溶液制备得到的CsPbBr3的截面形貌图。对比图2(a)～(e)可知，只有1mol/L PbBr2二甲基亚枫溶液能够制备出较为连续、无其他明显缺陷的CsPbBr3；从图2(f)可以看出，CsPbBr3较为均匀的包裹住ZnO微米球。

图3为1mol/LPbBr2二甲基亚枫溶液制备得到的CsPbBr3的XRD图。从图3分析可知，在所述CsPbBr3中并无其它杂质；且所述CsPbBr3属于立方相。

实施例3

(1)将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮和乙醇各超声洗涤15min，然后在紫外臭氧环境处理30min，得到的FTO导电玻璃作为底电极；

(2)将0.8924g六水合硝酸锌，0.4206g六次甲基四胺和0.2240g二水合柠檬酸钠溶解在300mL的去离子水中，搅拌15min至充分溶解，得到前驱液；将所述前驱液缓慢倒入底部铺有底电极的烧杯中，浸没底电极，然后将烧杯置于水浴中，90℃保温2h；将所得样片取出，用去离子水洗涤，然后于氮气气氛中80℃干燥2h，最后于马沸炉中300℃退火处理2h，在底电极的上表面形成ZnO微米球n型半导体层；

(3)将1mmol的PbBr2溶解在1mL二甲基亚枫中，在70℃下保温15h使PbBr2充分溶解，形成胶体，然后使用孔径为0.22μm的滤网过滤，去除粒径较大的PbBr2颗粒，得到PbBr2二甲基亚枫溶液；将0.3g CsBr溶解在20mL甲醇中搅拌30min，得到CsBr甲醇溶液；将PbBr2二甲基亚枫溶液旋涂(旋涂的转速为3000rpm，旋涂的时间为30s)在n型半导体层的上表面，在80℃下烘烤处理30min，然后在CsBr甲醇溶液中浸泡10min，在250℃下退火处理10min，在所述n型半导体层的上表面形成CsPbBr3i型中间层；

(4)使用电烙铁将铟颗粒融化后涂覆在Mg掺杂的GaN基片的上表面，将所述Mg掺杂的GaN基片的下表面对准i型中间层，成十字交叉状，以确保底电极和顶电极均能裸露在外；然后使用夹子将上表面预先设置有顶电极的Mg掺杂的GaN基片和具有i型中间层的样片固定；最后使用环氧树脂胶水，将上表面预先设置有顶电极的Mg掺杂的GaN基片和具有i型中间层的样片的外部填充满形成整体，待所述环氧树脂胶水干燥凝固后，取下夹子便得到双功能集成器件。

将所述双功能集成器件进行光响应性能和电致发光性能测试，结果具体如下：

图4为所述双功能集成器件的结构以及工作模式。由图4可知，所述双功能集成器件包括FTO底电极、ZnO微米球n型半导体层、CsPbBr3i型中间层、Mg掺杂的GaN基片p型半导体层和铟顶电极，其中，所述ZnO微米球n型半导体层、CsPbBr3i型中间层和Mg掺杂的GaN基片p型半导体层构建成nip异质结。在无外加偏压时，ZnO为吸收层，激子在ZnO中分离，CsPbBr3作为空穴传输层，表现出超强的紫外光响应。当外部施加正向偏压时，ZnO作为电子注入层，CsPbBr3作为活性层，激子在CsPbBr3中复合，发射出超纯净的绿光。在两种模式中，GaN均在起传输空穴的作用。

图5为所述双功能集成器件的光电响应I-V特征曲线。由图5可知，通过对比加光和黑暗条件，相同偏压下的电流值的差异，发现所述双功能集成器件在无外加偏压(0V)条件下，电流值的差异最大。由此可知，所述双功能集成器件表现良好的自供电光探测行为。

图6为所述双功能集成器件的光电响应I-T特征曲线。由图6可知，无外加偏压下，周期性的加光和撤光，可以观察到所述双功能集成器件的电流值跟随光照周期性的变化。执行4个周期，并没有发现最大电流值明显的衰减，可以证实所述双功能集成器件在光探测上表现出较好的稳定性。此外，发现nip结构器件的最大电流值明显要比np结构的强出许多，说明插入CsPbBr3增强了空穴的传输效率，有利于光探测。

图7为所述双功能集成器件的电致发光I-V特征曲线。由图7可知，所述双功能集成器件表现出良好的整流特性。

图8为所述双功能集成器件发光实物图，一团绿光可被轻松地观察到。

图9为所述双功能集成器件的电致发光谱线。由图9可知，当外加偏压为24V时，发光曲线集中在529nm附近为绿光，在其他区域并无发现发光峰；并且发光峰的半峰宽只有19.2nm。由此可以说明所述双功能集成器件的发光纯度较高。

由以上实施例可知，本发明巧妙的利用材料的能级特性以及CsPbBr3(无机钙钛矿)的双载流子输运特性，在无外加偏压时(光探测模式)，将ZnO微米球作为活性层，CsPbBr3和Mg掺杂的GaN基片作为空穴传输层，实现了高响应度的紫外探测；利用CsPbBr3优异的发光特性以及超高的缺陷容忍度，当外部施加正向偏压时(电致发光模式)，将ZnO微米球作为电子注入层，CsPbBr3作为活性层，Mg掺杂的GaN作为空穴注入层，实现了超纯的绿光发射。本发明利用发光和探测的活性层分离，首次获得了电致发光区域和光响应波段不同的双功能集成器件，有效的避免了发光和探测性能的相互削减，具有巨大的应用潜力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

一种光探测与电致发光双功能集成器件及其制备方法和应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。