[發明專利]少壁碳納米管紅外光探測器及其制備方法

無效

• 申請號: 200810151806.5
• 申請日: 2008-09-26
• 公開（公告）號: CN101358877A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 封偉;張學全;馮奕鈺;李瑀
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 趙敬

技術領域

本發明涉及一種少壁碳納米管紅外光探測器及其制備方法，屬于碳納米管薄膜紅外光探測器技術。

背景技術

隨著紅外光探測技術在軍事、民用等領域的廣泛應用，具有高靈敏度、低信噪比的紅外光探測器成為人們追逐的焦點。其探測原理是利用材料的光電轉換性能，將吸收紅外輻射的光信號轉換為電信號進行檢測。其中基于鋁鎵砷/鎵砷、鍺硅、碲鎘汞等半導體材料的紅外探測器已有廣泛的應用。特別是以碲鎘汞為探測材料制成的紅外探測器，具有暗電流小、工作波段寬等優點，已廣泛應用于軍事偵察和地礦探查等方面。而碳納米管自從被發現以來，以其獨特的結構和性能受到了廣泛關注，在儲氫、催化、場效應晶體管、化學及生物傳感器等方面具有潛在的應用。研究表明，碳納米管在紅外波段具有吸收峰(1.Akihiko?F.，Yasuyuki?M.，Hiroyoshi?S.，Naoki?O.，Kenjiro?M.，Hiromichi?K.，Yutaka?M.，Shinzo?S.，Yohji，A.Jpn.J.Appl.Phys.2001，40，L1229-L1231.2.Ugawa?A.，Hwang?J.，Gommans?H.H.，Tashiro?H.，Rinzler?A.G.，Tanner?D.B.Curr.Appl.Phys.2001，1，45-49.)，并且理論上可以制成高密度焦平面陣列用于紅外探測(Xu.J.M.Infrared?Phys.Technol.2001，42，485-491)，暗示著其可以作為紅外探測材料使用，Liu等人(Liu?L.Y.，Zhang?Y.F.Sens.Actuators，A2004，116，394-397)將有序排列的多壁碳納米管制成紅外光探測器，通過測試發現該探測器對紅外光具有高靈敏性和短的響應時間。Marian等人(Marian?B.T.，Kuo?T.F.，Daniel?A.S.，Yin?A.J.，Xu?J.J,Phs.Chem.C?2007，111，5800-5804)通過在硅基底上生長出垂直于基底的緊密排列的多壁碳納米管陣列，并以此作為異質結結構制成紅外光探測器，證明不管在低溫還是常溫下，該探測器在近紅外及中紅外區均具有良好的光電流響應。同時，碳納米管的一維結構使其具有良好的載流子傳輸能力和獨特的傳輸特性，Cho等人(1.Cho?N.，Roy?C.K.Thapa?R.B.Sahoo?Y.，Ohulchanskyy?T.，CartwrightA.N.，Lee?K.S.，Prasad?P.N.Adv.Mater.2007，19，232.2.Cho?N.，Kim?W.J.，Lee?K.S.，ChoudhuryK.R.，Sahoo?Y.，Ohulchanskyy?T.，Prasad?P.N.2007?Digest?of?The?Leos?Summer?Topical?Meetings2007，214-215.)通過聚乙烯咔唑、硒化鉛量子點和單壁碳納米管制成紅外光電探測器，由于PbSe量子點與碳納米管之間能夠很好的連接，因此光生電子-空穴對能夠很好的在界面處分離并且在連續的高聚物相中傳輸而有效的提高光電流，由于紅外區的光子能夠在碳納米管和高聚物的網絡中快速的傳導，因此所制作的紅外光電探測器的外部量子效率最高達到2.6％。Satyajit等人(Sahu?S.，Batabyal?S.K.，PalA.J.Appl.Phys.Lett.2007，90，P142112.)將碳納米管引入基于電子給體材料[聚(3-己基噻吩)]和電子受體材料[四氯四碘熒光素二鉀]制成的光電探測器中，發現由于碳納米管能夠起到電子傳輸通道的作用而有效的提高了光電流。碳納米管作為紅外探測材料具有寬的響應波長范圍，較高的操作溫度和較低的信噪比，且在紅外光探測能夠很好的分離光生電子-空穴對，并通過碳納米管良好的電子傳輸性能傳輸載流子而產生光電流作為紅外光探測的信號。但目前的研究還處于初級階段，因此在以碳納米管特別是少壁碳納米管作為紅外光探測材料的領域還有很多的空間可以研究開發。

萘酞菁是在紅外光區有較強吸收且具有大π共軛結構的一類分子，它可以通過分子復合技術吸附到碳納米管的表面，形成納米復合材料。碳納米管與萘酞菁的復合，既可以利用萘酞菁較寬的光譜響應范圍及在紅外光區較強的光吸收，又可以利用碳納米管的優良特性，得到具有較高的紅外吸收和探測率，短的響應時間，寬的響應波長范圍的紅外光探測材料。

目前已有廣泛應用的紅外光探測器大多應用鋁鎵砷/鎵砷、鍺硅、碲鎘汞等半導體材料，但是這類紅外探測器具有工作溫度過低，體積龐大，性價比低等缺點，成為限制其廣泛應用的主要障礙。

發明內容