[發明專利]一種氧化鋅/銫鉛溴核殼微米線及其制備方法以及一種光探測器

在審

• 申請號: 201910620801.0
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110323294A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王飛;王云鵬;趙東旭;崔迪;楊哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0296;H01L31/032;H01L31/109;H01L31/18;B81B1/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發明提供了一種氧化鋅/銫鉛溴核殼微米線，包括氧化鋅微米線芯材以及復合于所述氧化氧化鋅微米線芯材表面的銫鉛溴殼層。本發明以CsPbBr₃材料為基礎，用結晶質量好、光電導增益高，并比納米線更易操作的ZnO單晶微米線作為核層，通過化學氣相沉積方法，來制備ZnO/CsPbBr₃核殼微米線，并在此基礎上構筑ZnO/CsPbBr₃結型自驅動光探測器。CVD法能促進鈣鈦礦材料實現穩定及規模化的生產及應用。將ZnO材料作為電子傳輸層來構筑ZnO/CsPbX₃基核殼微米線自驅動光探測器，可以得到比有機傳輸材料更好的穩定性與更高的耐久度，是實現全天候、高性能、長壽命傳感器的有效途徑。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種氧化鋅/銫鉛溴核殼微米線及其制備方法以及一種光探測器。

背景技術

半導體光電探測器可以將調制過的光信號轉換為相應的電信號。由于其具有體積小、量子效率高等優點，在光通訊、遙感、數字成像、遠程控制、生物研究等許多領域都有著廣泛的應用。作為近幾年材料科學領域冉冉升起的一顆新星，全無機鈣鈦礦材料CsPbX₃有著長達175μm的載流子擴散距離，10倍于有機染料的吸收系數、與Si材料處于同一水平的高載流子遷移率(1000cm²V^-1s^-1)，以及高達95％的量子產率。經過暴露在大氣環境中一個月后，其量子產率無明顯的下降。經過1.6×10⁷次激光照射后仍保持著接近于90％的發光性能。相比于傳統半導體材料，鈣鈦礦更易依靠簡單、經濟的制備技術實現發射光譜窄、吸收效率高等材料性質。這些優良的特性使得鈣鈦礦材料在諸如發光二極管、激光增益介質以及光電探測器中都有著廣闊的應用前景，從而成為了實現低成本、低電壓、高性能的下一代探測器的理想功能材料。CsPbX₃基光探測器對應的響應波長位于可見光范圍內，并有著可以通過簡單手段調節材料能帶寬度來調節響應波長的優勢，作為傳感器在智能家居、物聯網、可穿戴設備和健康管理等前沿領域有著巨大的應用潛力。

目前全無機鈣鈦礦基光探測器中CsPbX₃薄膜的制備方法通常是依靠簡單的溶液法首先制備納米晶、納米片等微納材料，然后再旋涂成薄膜或者自組裝成體材料。對于納米材料所組成薄膜而言，其量子限制效應會阻礙電子與空穴的分離，導致發光引起的載流子損失。同時，納米材料表面通常存在著大量的缺陷，納米材料之間也存在著較多的晶界，這些都會在無機鈣鈦礦薄膜中形成載流子俘獲中心，是光生電子及空穴高效傳輸的不利因素。傳統IV族、III-V族以及II-VI族半導體材料的工業集成與深入應用都是基于高質量材料的成功研制與工業規模化的生長。制備高吸收系數、低缺陷密度、高載流子遷移率以及有效的載流子傳輸的CsPbX₃材料是實現高響應、快響應速度的光電探測器的基礎，也是充分發揮全無機鈣鈦礦其自身優勢，實現無機鈣鈦礦材料產業化應用的基礎。此外，目前所報導的CsPbX₃基光探測器大多為光導結構，其不能自我驅動，還需要外部電源來實現光探測功能。與其他傳統材料相比，無機鈣鈦礦基自驅動光電探測器仍鮮有報道。具有高相應與快響應速度的自驅動光探測器就成為了全無機鈣鈦礦材料在光探測器件應用中的主要目標與方向。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種氧化鋅/銫鉛溴核殼微米線及其制備方法以及一種光探測器，本發明提供的氧化鋅/銫鉛溴核殼微米線中銫鉛溴薄膜具有高載流子遷移率以及有效的載流子傳輸，制備的光探測器為具有高響應與快響應速度的自驅動光探測器。

本發明提供了一種氧化鋅/銫鉛溴核殼微米線，包括氧化鋅微米線芯材以及復合于所述氧化氧化鋅微米線芯材表面的銫鉛溴殼層。

優選的，所述氧化鋅微米線芯材的橫截面的直徑為10～20μm，所述銫鉛溴殼層的厚度為5～15μm。