一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器

本发明涉及柔性日盲紫外光电探测器，具体涉及一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器。

背景技术：

1、日盲紫外波段通常指波长范围为200 nm至280 nm的紫外光。该波段在穿过地球大气层时被臭氧层强烈吸收，导致近地空间环境中几乎不存在此波段的背景辐射。因此，日盲紫外探测具有极低的虚警率，在军事预警、火焰检测、非视距通信、空间探测等领域展现出不可替代的应用价值。

2、氧化镓作为一种超宽禁带半导体材料，其禁带宽度约为4.5–4.9 ev，本征吸收边恰好位于日盲紫外波段。该材料具有吸收系数高、热稳定性与化学稳定性好、无需通过合金化调控带隙即可实现本征日盲响应等突出优势，因此被视为制备高性能柔性日盲紫外光电探测器的理想候选材料。

3、近年来，可穿戴电子、健康监测以及智能防护装备的快速发展对柔性日盲紫外光电探测器提出了柔性化、轻量化、低功耗及高稳定性的新需求。然而，现有技术中仍存在若干难以突破的技术瓶颈，具体表现在以下几个方面。

4、第一，传统氧化镓探测器大多基于蓝宝石、硅或钛酸锶等刚性衬底制备，这些衬底无法弯曲，难以贴合人体曲面或适应非平面场景，从而无法满足可穿戴应用的基本要求。

5、第二，若直接将氧化镓薄膜沉积在柔性有机衬底上，由于有机衬底不耐高温，只能在低温条件下生长薄膜。低温制备的氧化镓薄膜往往结晶质量较差，内部氧空位浓度偏高，导致器件暗电流大、响应速度慢，并伴随显著的持续光电导效应，严重影响探测性能。

6、第三，为了获得高质量氧化镓单晶或多晶薄膜，通常需要较高的生长温度，而常规柔性衬底无法承受此类高温工艺，使得高质量薄膜无法直接与柔性衬底兼容。

7、第四，现有牺牲层分离技术主要应用于氮化镓自支撑衬底的制备，尚未针对铁电材料或氧化物异质结发展出能够实现无损柔性转移的成熟工艺。

8、第五，目前已报道的利用铁电材料调控氧化镓探测器性能或构建氧化物异质结的器件均采用刚性结构，未能将铁电调控、应力缓冲与柔性可穿戴功能集成于一体。

9、综上所述，现有技术尚无法同时兼顾高质量结晶、低暗电流、快速响应、机械柔性与可穿戴适用性等多方面要求。因此，亟需开发一种全新的器件结构与制备策略，为面向民用紫外防护领域的高性能柔性日盲紫外光电探测器提供可行的技术方案。

技术实现思路

1、现有技术中存在的问题是：尚未发现基于柔性衬底的柔性日盲紫外光电探测器。针对上述问题，本发明提供一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其包括柔性导电衬底以及覆盖在柔性导电衬底导电单面的功能层，柔性导电衬底导电单面留有未被功能层覆盖的导电衬底区域；

2、所述功能层为层状结构，从下到上依次是钛酸钡层（bto层）和ga2o3层；

3、ga2o3层表面均匀独立设置有点状金属电极，点状电极通过金属导线连接成一个共用电极；

4、点状金属电极是由ti层与au层复合而成，au层覆盖在ti层上方，ti层负载在ga2o3层表面。

5、优选地，柔性导电衬底为ito-pet导电柔性衬底。

6、优选地，柔性导电衬底的厚度是0.12-0.13mm。

7、优选地，bto层的厚度是100-120nm。

8、优选地，ga2o3层的厚度是100-120nm。

9、优选地，点状金属电极是通过掩膜电子束蒸发法制备。

10、优选地，一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，制备方法包括以下步骤：

11、步骤 1：将sto基底依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，之后浸入boe刻蚀液刻蚀30s；然后于900℃下退火至少1.5h；

12、步骤 2：采用 pld 系统在sto基底上依次沉积得到铝酸锶单晶薄膜（sao牺牲层）与bto层和ga2o3层三者的复合层；

13、步骤3：将步骤2得到的样品置于200 mbar压力的氧气氛围、800℃下退火至少10min，冷却至室温，冷却速度不超过25℃/min；

14、步骤4：将步骤3得到的样品浸入去离子水中，sao牺牲层溶解去除，得到漂浮在去离子水表面的功能层薄膜；

15、步骤5：采用等离子体清洗器处理ito-pet导电柔性衬底的导电面增加材料表面的亲水性；

16、步骤6：将步骤4的水溶液中功能层薄膜转移至亲水处理后的ito-pet导电柔性衬底表面，使功能层薄膜中的bto层与ito ito-pet导电柔性衬底导电面加热烘干，柔性导电衬底导电单面留有未被功能层薄膜覆盖的导电衬底区域；

17、步骤7：采用电子束蒸发在步骤6所获样品中ga2o3表面形成间隔均匀分布的点状金属电极，点状电极通过金属导线连接成一个共用电极，得到柔性日盲紫外光电探测器。

18、优选地，boe刻蚀液由49.9 wt.%的hf水溶液与40 wt.%的nh4f水溶液按体积比1:6混合配制而成。

19、有益效果：

20、（1）本发明首次将铁电钛酸钡与氧化镓构成的铁电半导体异质结应用于柔性日盲紫外光电探测器，成功突破了传统刚性器件无法弯曲、不可穿戴的技术壁垒，为实现人体贴合、曲面适配及可穿戴紫外防护监测提供了全新的器件方案；

21、（2）本发明首创以水溶性铝酸锶作为牺牲层，实现铁电钛酸钡与氧化镓异质结的无损水相剥离与柔性转移。该技术路径彻底避开了高温工艺与柔性衬底不兼容的行业难题，使得原本只能在刚性衬底上高温外延生长的高质量氧化物薄膜能够完整转移至柔性基底，解决了高质量结晶与柔性化不可兼得的核心矛盾；

22、（3）本发明中钛酸钡层在器件中同时发挥铁电极化调控、晶格匹配与应力缓冲三重协同作用。一方面，铁电极化效应有效调制氧化镓层的能带结构，显著降低暗电流并抑制持续光电导效应，从而提升响应速度与探测灵敏度；另一方面，钛酸钡与氧化镓之间良好的晶格匹配性保证了异质结界面质量，同时该层作为应力缓冲层增强了器件在弯曲状态下的机械可靠性与电学稳定性；

23、（4）本发明采用点状金属电极结构，并借助钛/金复合电极实现优化的金属半导体接触。该设计有效降低了接触损耗，进一步抑制了暗电流，同时有利于光生载流子的均匀收集，显著提升了柔性器件在反复弯折条件下的工作稳定性；

24、（5）本发明首次将柔性高性能柔性日盲紫外光电探测器定向应用于可穿戴紫外防护监测领域，从铁电半导体异质结材料选择、水溶性牺牲层转移工艺、点状电极结构设计到柔性器件封装与应用，形成了材料、结构、工艺、应用全链条的原创技术方案，为个人紫外防护、智能健康监测及便携式日盲探测装备提供了切实可行的技术支撑；

25、（6）本发明克服了现有柔性日盲紫外光电探测器在柔性化与高性能之间的矛盾，在器件柔性、暗电流抑制、响应速度、弯曲可靠性和可穿戴适用性等方面均取得了显著进步，具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

1.一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，包括柔性导电衬底以及覆盖在柔性导电衬底导电单面的功能层，柔性导电衬底导电单面留有未被功能层覆盖的导电衬底区域；

2.根据权利要求1所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，柔性导电衬底为ito-pet导电柔性衬底。

3.根据权利要求1所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，柔性导电衬底的厚度是0.12-0.13mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，bto层的厚度是100nm-120nm。

5.根据权利要求1所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，ga2o3层的厚度是100nm-120nm。

6.根据权利要求1所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，点状金属电极是通过掩膜电子束蒸发法制备。

7.根据权利要求1所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种用于紫外防护监测的柔性日盲紫外光电探测器，其特征在于，boe刻蚀液由49.9 wt.%的hf水溶液与40 wt.%的nh4f水溶液按体积比1:6混合配制而成。