[發明專利]一種有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結、制備方法及其用途

在審

• 申請號: 202210280510.3
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114695666A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 羅軍華;王紫陽;姬成敏;張馨元
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;C30B29/54;C30B7/06
• 代理公司: 福州市眾韜專利代理事務所(普通合伙) 35220
• 代理人: 方金芝;黃秀婷

本發明涉及一種有機?無機雜化鈣鈦礦單晶異質結和制備方法及其用途。一種有機?無機雜化鈣鈦礦單晶異質結，所述的有機?無機雜化鈣鈦礦單晶異質結由單晶硅片及在所述的單晶硅片表面外延生長的有機?無機雜化鈣鈦礦鉛氯甲胺單晶。本發明制備出了CH₃NH₃PbCl₃/Si異質結，制備方法簡單，成本低廉、反應條件溫和、穩定性較高。本發明制備的CH₃NH₃PbCl₃/Si異質結對紫外光有著優異的光電響應。此外，利用CH₃NH₃PbCl₃單晶異質結與硅基之間形成異質結之后的內建電場，在不加外加偏壓的條件下即可對光生載流子就行分離和傳輸，形成電流。即該異質結不需要外加電壓便可自驅動紫外光電探測。開發制備所得的自驅動紫外光電探測器因不需要外加電源，可實現能源節約以及所制備小型化器件，因此實現自驅動的紫外光電探測具有非常重要的實用價值。

技術領域

本發明屬于半導體材料制備技術領域，具體涉及一種有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結和制備方法及其用途。

背景技術

紫外光電探測器(UV PDs)可識別短波長的入射光(＜400nm)并將光信號轉換成電信號，是一種非常重要的光電器件。由于其對于短波長入射光的捕獲與識別能力，紫外光電探測器在多個領域有著廣泛應用，例如光通信，化學分析，生物傳感器等等。迄今為止，基于不同的半導體已發展出了各式各樣的紫外光電探測器，例如ZnO、GaN、SiC等。然而此類材料通常需要施加外部電壓來驅動光生電子-空穴對分離，從而形成明顯的電信號，這就在一定程度上限制了光電探測器小型化發展；此外外加電源也會增加制作、維護成本并且消耗更多的能源。因此，在這樣的背景之下，不需要外加電壓便可捕獲和識別紫外光信號的自驅動紫外光電探測器是迫切需要發展的。

與傳統的光電探測材料相比，有機-無機雜化鈣鈦礦具有大的光吸收系數、可調控的帶隙、高的載流子遷移率以及簡單的低溫溶液合成工藝等優勢，非常有望成為下一代光電器件的備選材料之一。其中，三維雜化鈣鈦礦CH₃NH₃PbCl₃由于其非常優異的半導體性能以及寬的帶隙，從而可以應用于紫外光電探測，為紫外光電探測技術的創新提供了良好的機遇。

研究發現，可通過構建功能性分子鍵合的方法將大尺寸的鈣鈦礦單晶集成到硅片上構成異質結。現有硅基光電探測器制作及應用技術非常成熟，此外，硅也是半導體性能非常優異的半導體。因此這種鈣鈦礦硅基集成構建的異質結對于有機無機雜化鈣鈦礦硅基兼容應用具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結和制備方法及其用途，本發明合成方法簡單、成本低廉、反應條件溫和、穩定性較高，本發明的有機-無機雜化鈣鈦礦異質結材料不需要外加電壓便可捕獲和識別紫外光信號，因此可用于自驅動紫外光電探測。

本發明通過以下方案實現：

方案一)

一種有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結，所述的有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結由單晶硅片及在所述的單晶硅片表面外延生長的有機-無機雜化鈣鈦礦鉛氯甲胺單晶。

一種有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結的制備方法，包括如下依序的步驟：

室溫下，將PbCl₂與等摩爾量的CH₃NH₃Cl同時加入二甲基亞砜和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，攪拌20-30分鐘直至完全溶解，接著放入表面帶有-NH₂端基的硅片，最后將所得的裝有硅片的混合溶液在50-55℃的烘箱內靜置兩到三天，CH₃NH₃PbCl₃單晶在硅片上結晶析出，即得所述的有機-無機雜化鈣鈦礦單晶異質結。