[發明專利]一種基于錫酸鋅/石墨烯復合材料的紫外探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010021960.1
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111276565A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 鄒友生;張亦弛;王沙龍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0328
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了一種基于錫酸鋅/石墨烯復合材料的紫外探測器及其制備方法。通過液相激光燒蝕聯合水熱法制備錫酸鋅/石墨烯復合材料，并將其作為活性層材料構筑了錫酸鋅/石墨烯紫外光電探測器。該復合材料的制備方法具有反應條件溫和、產物純度高、可重復性好等優點。相比于錫酸鋅紫外光電探測器，引入石墨烯之后的錫酸鋅/石墨烯探測器以石墨烯作為載流子傳輸的橋梁，有效提高了光生載流子的收集效率，使光生電流得到提升，響應速度也得到加快，從而提高了錫酸鋅紫外光電探測器的性能。

技術領域

本發明涉及紫外探測技術領域，特別是一種基于錫酸鋅/石墨烯復合材料的紫外光電探測器及其制備方法。

背景技術

紫外光電探測器由于其在火焰預警、環境監測、空間通信、紫外輻射探測等領域有著巨大的應用前景而受到了人們的廣泛關注。近年來，許多寬禁帶半導體材料已經被開發用于紫外探測器件上，其中，錫酸鋅(Zn₂SnO₄)是一種新型的寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度為3.6～3.9eV，同時具有高電子遷移率、高電導率、低可見吸收和較高的穩定性，是制備紫外光電探測器的優選材料。例如，Zhao等人(Scientific Reports，2014，4，6847)采用水熱法成功制備了Zn₂SnO₄納米方塊，并通過油相-水相界面自組裝的方法排列一層Zn₂SnO₄納米方塊薄膜，在不同波長的照射下，器件只對紫外光有響應，并表現出良好的響應度。然而，基于純錫酸鋅納米材料的光電探測器由于其光生電子空穴對復合率高以及材料表面缺陷多，嚴重影響了其光電響應效率并制約了其應用。石墨烯是一種單層的二維納米結構，其特殊的能帶結構和優良的導電性可以為電子的轉移和傳輸提供很好的通道。因此，將錫酸鋅納米材料和石墨烯復合可以有效地降低電子空穴對的復合率，改善紫外光電探測器的響應性能。目前已有關于錫酸鋅/石墨烯復合材料的報道，如Mali等人(Journal of MaterialsChemistry A，2016，4，12158)采用靜電紡絲法制備了錫酸鋅/石墨烯復合納米纖維，并將其用于太陽能電池的構筑中。Ali等人(Journal of Colloid and Interface Science，2016，473，66)采用水熱法制備了錫酸鋅/石墨烯復合材料，并將其應用于光催化降解中。然而目前還沒有關于液相激光燒蝕法聯合水熱法制備錫酸鋅/石墨烯復合材料及其應用于紫外光電探測器的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于錫酸鋅/石墨烯復合材料的紫外光電探測器及其制備方法。

一種紫外光電探測器制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A、將錫酸鋅/石墨烯復合材料分散于無水乙醇中，分散液的濃度為1～3mg/mL，將分散液置于離心管中；

步驟B、將叉指電極先后在去離子水和無水乙醇中超聲清洗干凈，并置于步驟A中的離心管中；叉指電極以Si/SiO₂為襯底，電極材料為Au/Cr，Au的厚度為100nm，Cr的厚度為10nm，叉指間距為20μm，指寬為30μm；

步驟C、將上述離心管置于離心機中進行離心；離心轉速為6000～10000rpm/min，離心時間為1～3min，離心次數為1次；

步驟D、離心結束后，將器件取出，擦除兩側電極上的材料，然后置于加熱板上烘干，烘干溫度為100～200℃，烘干時間為10～30min，即完成器件的制作。

一種制備上述錫酸鋅/石墨烯復合材料的方法，包含以下步驟：

步驟1、去除Zn靶和Sn靶表面的氧化層，之后使用脈沖激光先后轟擊置于經去離子水稀釋過的雙氧水中的Sn靶和Zn靶，獲得含有Sn和Zn帶電粒子團的高活性前驅體溶液，雙氧水和去離子水的比例為1：11，轟擊Sn靶的時間為35min，轟擊Zn靶的時間為20min，激光能量為80mJ，激光聚焦斑點直徑約為2mm；