[發明專利]一種稀土摻雜單晶鈣鈦礦及其制備方法和光電探測器

在審

• 申請號: 202011302620.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112410884A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 徐文;訾陸;宋宏偉;丁楠;周東磊;白雪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C30B29/54
• 分類號: C30B29/54;C30B7/14;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京專贏專利代理有限公司 11797
• 代理人: 于剛

本發明適用于光電技術領域，提供了一種稀土摻雜單晶鈣鈦礦及其制備方法和光電探測器，上述稀土摻雜單晶鈣鈦礦為稀土離子摻雜的CH₃NH₃PbX₃單晶鈣鈦礦；其中，X為鹵素。上述光電探測器包括上述稀土摻雜單晶鈣鈦礦以及沉積在上述稀土摻雜單晶鈣鈦礦上的銀電極。本發明通過將一些稀土離子摻雜到單晶鈣鈦礦材料中，使得單晶鈣鈦礦不僅顯示出自身良好的穩定性、長的載流子擴散長度和高的載流子遷移率，而且在紅外波段出現了稀土離子的紅外發光，其制備的光電探測器件可對980nm、1540nm等紅外光進行準確探測，其響應度和靈敏度均很好，而且該器件的結構簡單，具有很高的環境穩定性，有很大的市場應用前景。

技術領域

本發明屬于光電技術領域，尤其涉及一種稀土摻雜單晶鈣鈦礦及其制備方法和光電探測器。

背景技術

隨著光電技術的不斷發展，作為光電系統核心的光電探測器因能夠將光信號轉換為可存儲的電信號而被廣泛的應用于軍事和國民經濟的各個領域。光電探測器根據其光譜響應范圍的不同可分為寬頻帶光電探測器和窄頻帶光電探測器。目前，大多數光電探測器是寬頻帶光電探測器，且因其需要盡可能的拓寬光譜的響應范圍而主要用于弱光條件下的多色探測。然而，對于生物傳感、圖像傳感陣列、環境監測、軍事和航空領域的探測是通過波長選擇性的窄頻帶光電探測器來實現的。雖然可以通過調控器件的光電場方向、給寬頻帶光電探測器配置相應的帶通濾波器、用等離子體輔助技術增強特定波長的吸收等方式來實現波長選擇性的窄頻帶光電探測，但是這些方法增加了設計的復雜性，限制了顏色辨析的質量，導致了光電轉化效率的降低。因此，對于具有靈敏度高、響應速度快、穩定性好的窄帶光電探測器，特別是窄帶近紅外光電探測器是迫切需要的。

近年來，鈣鈦礦這種半導體材料由于其高的吸收系數、高的載流子遷移率、長的載流子擴散長度、大的消光系數等特性被廣泛的應用在光電探測、光伏等領域。目前，研究者在有機-無機雜化鈣鈦礦多晶薄膜或納米線方面作了大量的研究并取得了十分優異的性能，但是體系內的晶界和表面缺陷導致了離子遷移能壘的下降、載流子遷移率的降低。而單晶鈣鈦礦內部沒有晶界，表面缺陷很少，而且環境穩定性較高，因此基于單晶鈣鈦礦的光電探測器在性能上必將優于多晶鈣鈦礦薄膜的光電探測器。盡管基于單晶鈣鈦礦的光電探測器具有穩定性高、響應速度快、寬帶響應窗口可調，但仍難以實現對波長大于1000 nm的光譜的探測，這嚴重限制了其對近紅外區域的光譜響應。因此，為了解決這些問題，迫切需要開發具有高靈敏度，高選擇性和低成本的新型鈣鈦礦材料，用于波長選擇性的窄頻帶光電探測。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種稀土摻雜單晶鈣鈦礦，旨在解決背景技術中提出的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種稀土摻雜單晶鈣鈦礦，其為稀土離子摻雜的CH₃NH₃PbX₃單晶鈣鈦礦；其中，X為鹵素，稀土離子為Yb³⁺、Ce³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Nd³⁺、Er³⁺、Dy³⁺中的至少兩種。

作為本發明實施例的一種優選方案，X為Br或I。

本發明實施例的另一目的在于提供一種上述的稀土摻雜單晶鈣鈦礦的制備方法，其包括以下步驟：

將醋酸鉛、鹵化氫的水溶液進行混合后，再與稀土離子的氯化物進行混合，得到混合液；

往混合液中添加甲胺水溶液和鹵化氫的水溶液進行保溫反應后，再進行降溫處理，得到所述稀土摻雜單晶鈣鈦礦。

作為本發明實施例的另一種優選方案，所述鹵化氫的水溶液為氫碘酸或氫溴酸。

作為本發明實施例的另一種優選方案，所述稀土離子的氯化物的摩爾質量為醋酸鉛摩爾質量的20%~30%。