一种有机无机混合异质结日盲光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种有机无机混合异质结日盲光电探测器及制备方法，探测器，包括Al

【技术实现步骤摘要】
一种有机无机混合异质结日盲光电探测器及制备方法
本专利技术属于光电转换
，具体涉及有机无机混合异质结日盲光电探测器及其制备方法。
技术介绍
日盲探测系统具有灵敏度高、精度高的特点已被设计用于光通信、火焰探测、深紫外光成像、导弹制导和环境监测等领域。作为日盲探测系统的重要基础构件，日盲光电探测器受到了广泛的关注。作为应用最广泛的光电探测器，基于硅的日盲光电探测器由于硅的带隙较窄(1.12eV)，需要使用昂贵的滤光片来阻挡高波长的光子。近几十年来，许多超宽带隙半导体，如金刚石、AlN、AlxGa1-xN和MgxZn1-xO，都符合日盲光电探测器的标准，其截止波长低于280nm。然而，缺乏成熟的外延生长和带隙调控手段限制了其实际应用。Ga2O3，尤其是最稳定的β-Ga2O3，由于其超宽带隙(～4.8eV)，是一种天然的日盲材料。目前Ga2O3异质结光电探测器主要是基于全无机材料的，无机材料造技术高度依赖于昂贵的高真空和高温度的制造基础设施，这将限制自供电光电探测器的大规模生产。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的是提出一种有机无机混合异质结日盲光电探测器及制备方法，降低生产成本，且具有自供电能力，可应用于光电探测。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种技术方案为：一种有机无机混合异质结日盲光电探测器，其特征在于，包括Al2O3衬底、Ga2O3光吸收层、4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层以及第一电极和第二电极；其中Ga2O3光吸收层位于Al2O3衬底上，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层位于Ga2O3光吸收层背离Al2O3衬底层一侧，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层的面积小于Ga2O3光吸收层的面积，第一电极位于4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层背离Ga2O3光吸收层一侧，第二电极位于Ga2O3光吸收层背离Al2O3衬底一侧，第一电极和第二电极不直接接触；Ga2O3光吸收层和4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层构成异质结，形成内建电场，可分离光生载流子。其中，第一电极和第二电极均为Ti/Au复合电极，Ti/Au复合电极包括Ti金属层和Au金属层，Ti层的厚度为5-15nm，Au层的厚度为45-55nm。其中，Ga2O3光吸收层的厚度为400nm，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层的厚度为200nm。其中，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层的面积为Ga2O3光吸收层的面积的2/3。本专利技术还包括第二种技术方案，一种制备上述有机无机混合异质结日盲光电探测器方法，包括以下步骤：以Al2O3为衬底，在Al2O3衬底上采用金属有机化合物化学气相沉淀法，使用三甲基镓和氧气作为反应原料，衬底温度为790℃，生长Ga2O3薄膜，即形成Ga2O3光吸收层；在Ga2O3光吸收层背离Al2O3衬底层一侧制作遮挡层，遮挡层覆盖部分Ga2O3光吸收层；将4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]溶液旋涂于Ga2O3光吸收层背离Al2O3衬底层一侧，形成4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层，去除遮挡层，形成Ga2O3/4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层构成异质结；采用掩膜版遮挡，在4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]背离Ga2O3光吸收层一侧和Ga2O3光吸收层背离Al2O3衬底层一侧分别制作电极，形成第一电极和第二电极。其中，制作电极包括：采用磁控溅射法先后溅射厚度一层厚度为5-15nm的Ti金属层和厚度为45-55nm的Au金属层。其中，磁控溅射工艺条件包括：抽真空后腔体压强为1×104，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为1.2Pa，溅射功率为40W，Ti金属层的溅射时间为2分钟，Au金属层的溅射时间为5分钟。其中，遮挡层为热释放胶带，去除遮挡层包括：80℃加热台上加热20分钟，去除热释放胶带。其中，旋涂的条件为500r/min的转速下，旋转5秒；或3000r/min的转速下旋转40秒。其中，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]溶液的配置过程为将4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]分散于四氢呋喃溶液中，超声20分钟，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]与四氢呋喃溶液的质量体积比为10mg：1ml。其中，遮挡层覆盖三分之一的Ga2O3光吸收层；其中，Al2O3衬底经过预处理，预处理过程包括：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的气吹干，得到处理后的Al2O3衬底。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术的方法，制备过程简单，采用金属有机化合物化学气相沉生长Ga2O3薄膜，工艺可控性强；采用旋涂制备的有机物4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]与Ga2O3构建异质结，所得有机层薄膜表面致密、厚度稳定均一、可大面积制备、重复性好以及稳定性强，且制备有机物所采用的设备成本低。2)本专利技术的有机无机混合异质结日盲光电探测器，Ga2O3/4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]异质结，可工作于0V偏压下，具有零功耗的特点，自供电、光谱选择性好的特点在日盲探测领域具有潜在的应用前景。3)本专利技术的有机无机混合异质结日盲光电探测器，有机-无机杂化异质结具有协同效应，即材料兼有无机和有机成分的优点，利用无机材料优越的电子性能作为提高器件性能的一种方式，同时保持有机部分的一些性能，如柔韧性和生物相容性，使得探测器具有更广泛的应用前景。4)本专利技术的有机无机混合异质结日盲光电探测器，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]制作工艺简单、电导率高，空穴迁移率高。4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]合适的能级，4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]的HOMO能级要高于Ga2O3的价带，保证空穴的有效传输，而LUMO能级要高于Ga2O3的导带阻挡电子的传输；4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]具有适当的吸收范围；4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]较高的空穴迁移率，保证空穴的快速传输与分离；4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]良好的热稳定性，疏水性、常见溶解中良好的溶解性。附图说明图1为本专利技术实施例的有机无机混合异质结日盲光电探测器的结构示意图；图2是用本专利技术实施例的有机无机混合异质结日盲光电探测器在黑暗及254nm不同光强下的I-V曲线图；图3是本专利技术实施例的有机无机混合异质结日盲光电探测器在0偏压及1000μW/cm2光强254nm下的I-t曲线图；图4是本专利技术实施例的有机无机混合异质结日盲光电探测器的光谱响应曲线。具体实施方式现以以下实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机无机混合异质结日盲光电探测器，其特征在于，包括Al

【技术特征摘要】
1.一种有机无机混合异质结日盲光电探测器，其特征在于，包括Al2O3衬底、Ga2O3光吸收层、4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层以及第一电极和第二电极；其中所述Ga2O3光吸收层位于所述Al2O3衬底上，所述4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层位于所述Ga2O3光吸收层背离所述Al2O3衬底层一侧，所述4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层的面积小于所述Ga2O3光吸收层的面积，所述第一电极位于所述4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层背离所述Ga2O3光吸收层一侧，所述第二电极位于所述Ga2O3光吸收层背离所述Al2O3衬底一侧，所述第一电极和所述第二电极不直接接触；所述Ga2O3光吸收层和所述4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层构成异质结，形成内建电场，可分离光生载流子。


2.根据权利要求1所述的有机无机混合异质结日盲光电探测器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为Ti/Au复合电极，所述Ti/Au复合电极包括Ti金属层和Au金属层，所述Ti层的厚度为5-15nm，所述Au层的厚度为45-55nm。


3.根据权利要求1所述的有机无机混合异质结日盲光电探测器，其特征在于，所述Ga2O3光吸收层的厚度为400nm，所述4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层的厚度为200nm。


4.根据权利要求1所述的有机无机混合异质结日盲光电探测器，其特征在于，所述4，4'-环己基二[N，N-二(4-甲基苯基)苯胺]层的面积为所述Ga2O3光吸收层的面积的2/3。


5.一种制备权利要求1-4任意一项的所述有机无机混合异质结日盲光电探测器方法，其特征在于，包括以下步骤：
以Al2O3为衬底，在Al2O3衬底上采用金属有机化合物化学气相沉淀法，使用三甲基镓和氧气作为反应原料，衬底温度为790℃，生长Ga2O3薄膜，即形成Ga2O3光吸收层；
在所述Ga2O3光吸收层背离所述Al2O3衬底层一侧制作遮挡层，所述遮挡层覆盖部分所述Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺利，郭道友，吴超，吴小平，
申请(专利权)人：金华紫芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33