[發(fā)明專利]一種碳納米角修飾的高性能異質(zhì)結(jié)光電探測器的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210538909.7
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114824106A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 闞彩俠;尤海明;劉洋;姜明明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種碳納米角修飾的高性能有機/無機異質(zhì)結(jié)光電探測器的制備方法。此光電探測器由4個部分組成：n型Ga摻雜ZnO(n?ZnO:Ga)微米線，微米線一端的銦(In)電極，碳納米角(Carbon nanohorns：CNHs)修飾的3,4?乙撐二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)薄膜和薄膜上的銀(Ag)電極。本發(fā)明基于PEDOT:PSS薄膜和單根ZnO:Ga微米線，構(gòu)筑有機/無機異質(zhì)結(jié)光電探測器，采用CNHs修飾PEDOT:PSS薄膜，改善其電學性質(zhì)，從而提升光電探測器性能。與未使用CNHs修飾的PEDOT:PSS薄膜構(gòu)筑的光電探測器相比，光電流、響應度、探測率、抑制比得到顯著增強，促進了ZnO基半導體光電探測器的發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米角修飾的高性能異質(zhì)結(jié)光電探測器的制備方法。

背景技術(shù)

自從20世紀90年代成功合成導電高分子材料PEDOT以來，PEDOT就因其電導率高和化學穩(wěn)定性好，成為導電材料的研究熱點。PEDOT由于具有較強的π-共軛剛性結(jié)構(gòu)，且鏈狀結(jié)構(gòu)存在較強的電子相互作用，導致溶解性差，也為加工處理帶來困難。研究發(fā)現(xiàn)PSS的加入能促進PEDOT的溶解性，這雖然解決了PEDOT的加工問題，但是PSS的加入阻礙了載流子的運輸，降低了載流子遷移率，導致PEDOT:PSS的電導率較低，可靠性不足，限制了其在光電器件領(lǐng)域的應用。目前已有相關(guān)報道利用快速退火、結(jié)構(gòu)工程和酸后處理等方法來調(diào)節(jié)PEDOT：PSS的電學性質(zhì)，但這些方法的處理工藝較為復雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種CNHs修飾PEDOT:PSS構(gòu)筑高性能有機/無機光電探測器的制備方法。將CNHs溶于二甲基亞砜(DMSO)中與PEDOT:PSS復合作為p型材料，結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)異的ZnO:Ga微米線為n型材料，利用CNHs優(yōu)異的導電性、熱穩(wěn)定性，改善PEDOT：PSS薄膜的電學性質(zhì)，提高光電探測器的光電流，利用DMSO溶液提高光電探測器的抑制比，構(gòu)筑光電流、響應度、探測率、抑制比等性能優(yōu)秀的p-CNHsPEDOT:PSS/n-ZnO:Ga異質(zhì)結(jié)基光電探測器。

技術(shù)方案：本發(fā)明的碳納米角修飾的高性能異質(zhì)結(jié)光電探測器的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳納米角CNHs溶于二甲基亞砜DMSO溶液中；

(2)將CNHs的DMSO膠體溶液加入到3,4-乙撐二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS的水溶液中；

(3)將玻璃片清洗，保持其平整干凈；

(4)挑選結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)異的n-ZnO:Ga微米線；

(5)將在步驟(4)中得到的n-ZnO:Ga微米線放置在步驟(3)中得到的玻璃片基底上，并在n-ZnO:Ga微米線一端按壓In粒做電極；

(6)在步驟(5)的n-ZnO:Ga微米線另一端滴涂CNHs修飾的PEDOT:PSS溶液，烘干后，在薄膜上滴涂Ag膠做電極，即可構(gòu)筑CNHs修飾PEDOT:PSS的p-n異質(zhì)結(jié)基高性能光電探測器。

CNHs的獨特性質(zhì)在光電子器件研制中展示出應用優(yōu)勢，如調(diào)控半導體材料帶隙，較強的光增益，穩(wěn)定的化學性質(zhì)等等。ZnO作為一種直接帶隙半導體，在常溫下具有較高的激子束縛能(60meV)。同時，化學氣相沉積法制備的ZnO微納結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)晶度和四邊形或六邊形截面結(jié)構(gòu)，這種天然的光學諧振腔使得ZnO微納結(jié)構(gòu)適用于制備小單元以及微小型光電器件。本發(fā)明在ZnO微米線表面滴涂CNHs修飾的PEDOT:PSS，構(gòu)筑了一種高性能的有機/無機異質(zhì)結(jié)光電探測器。

進一步地，步驟(1)具體為：取CNHs粉末20mg，加入2～5mL DMSO溶液中，超聲分散25～35min。

進一步地，步驟(2)具體為：取15～25μL CNHs的DMSO膠體溶液，加入960～1000μLPEDOT:PSS的水溶液中，超聲分散25～35min。