[發(fā)明專利]一種鉿摻雜氧化鋅的光電探測器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911404847.5
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111162181A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉蔥
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢明芯儲能光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種鉿摻雜氧化鋅的光電探測器及其制備方法，器件結(jié)構(gòu)為FTO/Hf?ZnO/CH3NH3PbI3/spiro?OMe TAD/Au，該器件展示了8.95％的光電轉(zhuǎn)換效率。同時，此器件展示了較好的光電響應(yīng)性能，其值在0偏壓下高達7.0A/W；而真空退火的器件的探測度最高，達到1002的響應(yīng)度。本發(fā)明操作步驟簡單，實驗成本低廉，制作的探測器具有較高的響應(yīng)度和探測靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料以及光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉿摻雜氧化鋅的光電探測器及制備方法。

背景技術(shù)

光電探測器借助于其原材料來源廣泛，制備簡單，探測范圍可調(diào)等優(yōu)勢，在圖像傳感，環(huán)境監(jiān)測以及化學(xué)生物成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。有機無機雜化鹵化鉛鈣鈦礦材料近年來引起了廣泛的關(guān)注，它們具有較大的吸收系數(shù)，長的載流子壽命和擴散長度，因而在太陽能電池、LED、光電探測器和激光器中都有較多應(yīng)用。然而，較差的穩(wěn)定性使得有機無機雜化鹵化鉛鈣鈦礦在空氣中水、氧分子的影響下很容易分解，限制了其在光電器件中的發(fā)展。作為直接寬帶隙半導(dǎo)體，ZnO因其禁帶寬度為3.3eV，具有優(yōu)良的光電性能，成本低廉，制備工藝成熟，是目前研究的熱點。人們通過向氧化物薄膜中引入摻雜來改善器件的性能，但是，目前未見鉿摻雜氧化鋅的光電探測器的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是發(fā)展一種鉿摻雜氧化鋅的光電探測器及制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種鉿摻雜氧化鋅的光電探測器，主要由透明導(dǎo)電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、金屬電極組成，其中電子傳輸層由鉿(Hf)元素摻入氧化鋅(ZnO)構(gòu)成，同時也是空穴阻擋層，鈣鈦礦吸光層是通過兩步法合成的CH3NH3PbI3(鈣鈦礦)構(gòu)成，空穴傳輸層是由 Spiro-OMe TAD構(gòu)成，同時也是電子阻擋層，金屬電極是由Au膜組成。

本發(fā)明的具體制備流程和工藝如下：

(1)分別用去離子水、丙酮、酒精超聲透明導(dǎo)電玻璃FTO各10分鐘，然后用紫外臭氧環(huán)境處理20分鐘；

(2)摻雜ZnO層采用旋涂制備：用1.0M的醋酸鋅溶液溶解在甲醇溶液中隨后攪拌15分鐘，采用3000r/min的轉(zhuǎn)速旋涂在FTO上，時間為30秒；在120℃條件下烘干8min，再轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進行退火，時間為1.5h；

(3)鈣鈦礦層的合成方法采用傳統(tǒng)的兩步法：先將0.5M PbI₂溶解在DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中，在60℃條件下保溫10h使之充分溶解，然后過濾備用；將CH₃NH₃I溶解在異丙醇溶液中攪拌十分鐘備用；PbI₂溶液采用2000轉(zhuǎn)30秒旋涂在ZnO樣品上，然后在熱臺上烤干，10分鐘后，在CH₃NH₃I異丙醇溶液中浸泡3分鐘，然后吹干；

(4)在樣品上做完鈣鈦礦層后再旋涂HTM層(空穴傳輸層)：用spiro-OMe TAD，采用2000 轉(zhuǎn)30秒旋涂在鈣鈦礦層上面；

(5)最后的金電極采用蒸發(fā)蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的Au電極的厚度為50-60nm。

即可制作出一個完整的光電探測器，同時還具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

具體的，其中摻雜ZnO的制備是利用磁控濺射技術(shù)或原子層沉積的方法制備的，將ZnO 靶材料放在靶臺上，同時將摻雜靶材料Hf靶材放在靶臺上，對Hf靶材與ZnO靶材選用不同功率比例同時濺射，利用不同比例濺射功率來制備摻雜含量為6％～10％的材料，磁控濺射真空度小于10Pa、襯底溫度為室溫、工作壓強為0.3～0.8Pa、Hf靶材的濺射功率為10～30W， ZnO靶材的濺射功率為50～80W。