一种薄膜光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种薄膜光探测器及其制备方法，其中，包括：步骤A、在阳极上沉积一层电子阻挡层；步骤B、在电子阻挡层上沉积一层吸光层；步骤C、在吸光层上沉积一层空穴阻挡层；所述空穴阻挡层的材料为纳米颗粒薄膜经交联处理而成的交联纳米颗粒薄膜；步骤D、在空穴阻挡层上蒸镀一层阴极，得到薄膜光探测器。本发明专利技术将获得的交联纳米颗粒薄膜应用在溶液法制备的薄膜光探测器中，可以显著降低电流，提高器件的光探测率。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜光探测器及其制备方法
本专利技术涉及光探测器领域，尤其涉及一种薄膜光探测器及其制备方法。
技术介绍
光探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件，所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象，光电探测器能把光信号转换为电信号。溶液法制备光探测器的过程中，氧化物纳米颗粒是形成相应氧化物薄膜的重要解决方案之一。这主要是因为氧化物纳米颗粒（或球形氧化物纳米晶）具有良好的结晶程度，这保证了其与体材料（低维材料）相似的光学、电学性质；另一方面，由于氧化物纳米颗粒自组装成膜的效果很好，使低成本的涂布制备工艺可以被应用。常见的氧化物纳米颗粒包括氧化锌（ZnOx）纳米颗粒，氧化钛（TiOx）纳米颗粒等，该纳米颗粒的薄膜在薄膜光探测器中作为传输电子的半导体材料；氧化镍（NiOx）在该器件中作为传输空穴的半导体材料。尽管如此，纳米颗粒之间相互堆积形成的薄膜与体材料薄膜仍然存在区别，这主要体现在载流子的传输特性上。虽然纳米颗粒内部具有良好的结晶性，但这样的结构只局限在纳米级别的范围内，即便在密排的情况下，纳米颗粒之间往往是由绝缘的表面配体填充甚至没有任何物质填充。如此，纳米颗粒之间存在相当高的载流子传输势垒，载流子在纳米颗粒薄膜内部的传输只能遵循跳跃式传输的规律，这导致材料在薄膜尺度下表现出的载流子迁移率远小于相应的体材料薄膜。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种薄膜光探测器及其制备方法，旨在解决现有薄膜光探测器的光探测率有待提高的问题。本专利技术的技术方案如下：一种薄膜光探测器的制备方法，其中，包括：步骤A、在阳极上沉积一层电子阻挡层；步骤B、在电子阻挡层上沉积一层吸光层；步骤C、在吸光层上沉积一层空穴阻挡层；所述空穴阻挡层的材料为纳米颗粒薄膜经交联处理而成的交联纳米颗粒薄膜；步骤D、在空穴阻挡层上蒸镀一层阴极，得到薄膜光探测器。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C中的交联纳米颗粒薄膜的制备过程具体包括：步骤C1、将纳米颗粒分散在溶剂中，并搅拌均匀，得到纳米颗粒溶液；步骤C2、通过溶液法将纳米颗粒溶液制成纳米颗粒薄膜，并通入组合气体，促使交联反应发生，得到交联纳米颗粒薄膜。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述组合气体包括还原性气体、氧气、水汽和二氧化碳。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，还原性气体偏压控制在1~100Pa之间，氧气偏压控制在0~2×104Pa之间，水汽偏压控制在0~2×103Pa之间、二氧化碳偏压控制在0~100Pa之间；所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C1中，所述纳米颗粒溶液的质量浓度为1~100mg/ml，所述溶剂为醇类溶剂。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C1中，所述纳米颗粒为氧化物纳米颗粒、硫化物纳米颗粒、硒化物纳米颗粒、氮化物纳米颗粒、氟化物纳米颗粒中的一种或多种。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C1中，所述纳米颗粒的平均直径控制在5nm以内。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C2具体包括：步骤C21、首先将纳米颗粒溶液置于密闭的环境中，通过溶液法将纳米颗粒溶液制成纳米颗粒薄膜；步骤C22、然后往密闭的环境中通入组合气体，促使交联反应发生，得到交联纳米颗粒薄膜。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C2具体包括：步骤C21’、首先将纳米颗粒溶液置于惰性气体环境中，通过溶液法将纳米颗粒溶液制成纳米颗粒薄膜；步骤C22’、然后将纳米颗粒薄膜置于密闭的环境中，往密闭的环境中通入组合气体，促使交联反应发生，得到交联纳米颗粒薄膜。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述还原性气体为一氧化碳、氢气、氨气中的一种。所述的薄膜光探测器的制备方法，其中，所述步骤C中，所述交联纳米颗粒薄膜的厚度为15~60nm。一种薄膜光探测器，其中，采用如上任一项所述的薄膜光探测器的制备方法制备而成；所述薄膜光探测器依次包括：阳极、电子阻挡层、吸光层、空穴阻挡层和阴极；所述空穴阻挡层的材料为纳米颗粒薄膜经交联处理而成的交联纳米颗粒薄膜。所述的薄膜光探测器，其中，所述吸光层的材料为二元III-V族化合物、多元的III-V族化合物、II-VI化合物材料的纳米晶、有机半导体材料、含卤素钙钛矿材料、黄铜矿结构材料、单晶、多晶、无定型硅中的一种或多种。有益效果：本专利技术在纳米颗粒成膜时使颗粒之间相互交联，以增加颗粒之间的电学耦合，降低载流子传输的势垒，增加载流子迁移率，从而大幅度提升电学性能，这样制备出的交联纳米颗粒薄膜应用在薄膜光探测器中，可以显著降低电流，提高器件的光探测率。附图说明图1为现有未交联氧化锌纳米颗粒薄膜的结构示意图。图2为本专利技术方法制备的交联氧化锌纳米颗粒薄膜的结构示意图。图3为不同薄膜对薄膜光探测器的电流-电压曲线示意图。图4为本专利技术的一种薄膜光探测器较佳实施例的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种薄膜光探测器及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一种薄膜光探测器的制备方法较佳实施例，其中，包括：步骤A、在阳极上沉积一层电子阻挡层；步骤B、在电子阻挡层上沉积一层吸光层；步骤C、在吸光层上沉积一层空穴阻挡层；所述空穴阻挡层的材料为纳米颗粒薄膜经交联处理而成的交联纳米颗粒薄膜；步骤D、在空穴阻挡层上蒸镀一层阴极，得到薄膜光探测器。具体地，本专利技术中，所述步骤C中的交联纳米颗粒薄膜的制备过程具体包括：步骤C1、将纳米颗粒分散在溶剂中，并搅拌均匀，得到纳米颗粒溶液；所述步骤C1具体为，按质量浓度为1~100mg/ml的配比，将纳米颗粒分散在溶剂中，并搅拌至混合均匀，配制得到可供溶液法成膜使用的纳米颗粒溶液。其中，所述纳米颗粒可以为宽带隙的氧化物纳米颗粒、硫化物纳米颗粒、硒化物纳米颗粒、氮化物纳米颗粒、氟化物纳米颗粒中的一种或多种，所述氧化物纳米颗粒可以为但不限于ZnOx（如ZnO）、TiOx（如TiO2）等中的一种；所述硫化物纳米颗粒可以为但不限于硫化锌、硫化钼中的一种；所述硒化物纳米颗粒可以为但不限于硒化锌、硒化铅中的一种；所述氮化物纳米颗粒可以为但不限于氮化硅、氮化铝中的一种；所述氟化物纳米颗粒可以为但不限于氟化镧、氟化钠中的一种。本专利技术控制纳米颗粒的尺寸，较佳地将球状纳米颗粒的平均直径控制在5nm以内，以保证有足量表面态金属原子可以参与反应。所述溶剂可以为醇类溶剂，如甲醇、乙醇等。步骤C2、通过溶液法将纳米颗粒溶液制成纳米颗粒薄膜，并通入组合气体，促使交联反应发生，得到交联纳米颗粒薄膜；所述步骤C2具体为，通过溶液法在吸光层上将纳米颗粒溶液制成纳米颗粒薄膜，然后通入组合气体，使纳米颗粒薄膜与组合气体接触，控制适合的条件，促使交联反应发生，得到交联纳米颗粒薄膜；本专利技术通过溶液法沉积薄膜，所述溶液法可以为旋涂、喷墨打印、喷涂、刮刀涂布等。具体地，所述组合气体包括还原性气体、氧气、水汽和二氧化碳。较佳地，还原性气体（如一氧化碳、氢气或氨气等）偏压控制在1~100Pa之间，氧气偏压控制在0~2×104Pa之间，水汽偏压控制在0~2×本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、在阳极上沉积一层电子阻挡层；步骤B、在电子阻挡层上沉积一层吸光层；步骤C、在吸光层上沉积一层空穴阻挡层；所述空穴阻挡层的材料为纳米颗粒薄膜经交联处理而成的交联纳米颗粒薄膜；步骤D、在空穴阻挡层上蒸镀一层阴极，得到薄膜光探测器。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、在阳极上沉积一层电子阻挡层；步骤B、在电子阻挡层上沉积一层吸光层；步骤C、在吸光层上沉积一层空穴阻挡层；所述空穴阻挡层的材料为纳米颗粒薄膜经交联处理而成的交联纳米颗粒薄膜；步骤D、在空穴阻挡层上蒸镀一层阴极，得到薄膜光探测器。2.根据权利要求1所述的薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤C中的交联纳米颗粒薄膜的制备过程具体包括：步骤C1、将纳米颗粒分散在溶剂中，并搅拌均匀，得到纳米颗粒溶液；步骤C2、通过溶液法将纳米颗粒溶液制成纳米颗粒薄膜，并通入组合气体，促使交联反应发生，得到交联纳米颗粒薄膜。3.根据权利要求2所述的薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，所述组合气体包括还原性气体、氧气、水汽和二氧化碳。4.根据权利要求3所述的薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，还原性气体偏压控制在1~100Pa之间，氧气偏压控制在0~2×104Pa之间，水汽偏压控制在0~2×103Pa之间、二氧化碳偏压控制在0~100Pa之间。5.根据权利要求2所述的薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤C1中，所述纳米颗粒溶液的质量浓度为1~100mg/ml，所述溶剂为醇类溶剂。6.根据权利要求2所述的薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤C1中，所述纳米颗粒为氧化物纳米颗粒、硫化物纳米颗粒、硒化物纳米颗粒、氮化物纳米颗粒、氟化物纳米颗粒中的一种或多种。7.根据权利要求2所述的薄膜光探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤C1中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈崧，钱磊，杨一行，曹蔚然，向超宇，
申请(专利权)人：TCL集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44