一种碳纳米角修饰的高性能异质结光电探测器的制备方法

1.本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种碳纳米角修饰的高性能异质结光电探测器的制备方法。


背景技术：

2.自从20世纪90年代成功合成导电高分子材料pedot以来，pedot就因其电导率高和化学稳定性好，成为导电材料的研究热点。pedot由于具有较强的π-共轭刚性结构，且链状结构存在较强的电子相互作用，导致溶解性差，也为加工处理带来困难。研究发现pss的加入能促进pedot的溶解性，这虽然解决了pedot的加工问题，但是pss的加入阻碍了载流子的运输，降低了载流子迁移率，导致pedot:pss的电导率较低，可靠性不足，限制了其在光电器件领域的应用。目前已有相关报道利用快速退火、结构工程和酸后处理等方法来调节pedot：pss的电学性质，但这些方法的处理工艺较为复杂，成本较高。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的在于提供一种cnhs修饰pedot:pss构筑高性能有机/无机光电探测器的制备方法。将cnhs溶于二甲基亚砜(dmso)中与pedot:pss复合作为p型材料，结晶质量优异的zno:ga微米线为n型材料，利用cnhs优异的导电性、热稳定性，改善pedot：pss薄膜的电学性质，提高光电探测器的光电流，利用dmso溶液提高光电探测器的抑制比，构筑光电流、响应度、探测率、抑制比等性能优秀的p-cnhs&pedot:pss/n-zno:ga异质结基光电探测器。
4.技术方案：本发明的碳纳米角修饰的高性能异质结光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
5.(1)将碳纳米角cnhs溶于二甲基亚砜dmso溶液中；
6.(2)将cnhs的dmso胶体溶液加入到3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸pedot:pss的水溶液中；
7.(3)将玻璃片清洗，保持其平整干净；
8.(4)挑选结晶质量优异的n-zno:ga微米线；
9.(5)将在步骤(4)中得到的n-zno:ga微米线放置在步骤(3)中得到的玻璃片基底上，并在n-zno:ga微米线一端按压in粒做电极；
10.(6)在步骤(5)的n-zno:ga微米线另一端滴涂cnhs修饰的pedot:pss溶液，烘干后，在薄膜上滴涂ag胶做电极，即可构筑cnhs修饰pedot:pss的p-n异质结基高性能光电探测器。
11.cnhs的独特性质在光电子器件研制中展示出应用优势，如调控半导体材料带隙，较强的光增益，稳定的化学性质等等。zno作为一种直接带隙半导体，在常温下具有较高的激子束缚能(60mev)。同时，化学气相沉积法制备的zno微纳结构具有良好的结晶度和四边形或六边形截面结构，这种天然的光学谐振腔使得zno微纳结构适用于制备小单元以及微
小型光电器件。本发明在zno微米线表面滴涂cnhs修饰的pedot:pss，构筑了一种高性能的有机/无机异质结光电探测器。
12.进一步地，步骤(1)具体为：取cnhs粉末20mg，加入2～5ml dmso溶液中，超声分散25～35min。
13.进一步地，步骤(2)具体为：取15～25μl cnhs的dmso胶体溶液，加入960～1000μl pedot:pss的水溶液中，超声分散25～35min。
14.进一步地，步骤(3)玻璃片清洗的方法为：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗10～20min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗10～20min，之后以氮气枪吹干。
15.进一步地，所述玻璃片的尺寸为2cm*2cm。
16.进一步地，步骤(4)所述n-zno:ga微米线的挑选为：n-zno:ga微米线采用cvd法制备，且在显微镜下观察结晶质量完好。
17.进一步地，步骤(5)的具体为：将n-zno:ga微米线放置在玻璃片基底上，在n-zno:ga微米线一端按压in粒，in粒与n-zno:ga微米线为欧姆接触，作为异质结的阴极。
18.进一步地，步骤(6)的具体为：取1～3μl cnhs修饰的pedot:pss溶液滴涂在微米线一端，将此时的器件放入45～55℃低温干燥箱中烘干5～10min，在烘干后的cnhs修饰pedot:pss薄膜上滴涂ag胶，作为异质结的阳极。
19.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明通过cnhs修饰pedot:pss，改善pedot:pss薄膜的电学性质。以经cnhs修饰的pedot:pss薄膜构筑异质结基光电探测器，实现光电流、整流比、响应度、探测率、抑制比的显著增强，实现探测器长期稳定性的提高。本发明通过cnhs修饰的方式，极大的改善了有机半导体导电率差和zno基光电探测器的光电流弱、响应度与探测率较低的问题。
附图说明
20.图1为本发明cnhs修饰的高性能有机/无机异质结光电探测器的结构示意图；其中，(a)n-zno:ga微米线；(b)微米线一端的in电极；(c)cnhs修饰pedot:pss薄膜；(d)ag电极；
21.图2为本发明未使用cnhs修饰与使用cnhs修饰的有机/无机异质结光电探测器的光暗电流的对比；
22.图3为本发明未使用cnhs修饰(a)与使用cnhs修饰(b)有机/无机异质结光电探测器的i-t曲线的对比。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
24.cnhs修饰的有机/无机异质结光电探测器中，采用的cnhs为20mg，dmso溶液2～5ml，cnhs修饰的pedot:pss溶液1～3μl；所述n-zno:ga微米线的电子浓度为10
17
～10
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/cm3，电子迁移率为5～100cm2/v
·
s；采用的cnhs修饰的pedot:pss薄膜的电导率为6973s/m。
25.实施例1：
26.第一步：取20mg cnhs粉末，加入2ml dmso溶液中，超声分散30min。
27.第二步：取20μl cnhs的dmso胶体溶液加入到980μl的pedot:pss的水溶液中，超声分散30min。
28.第三步：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗15min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗15min，之后以氮气枪将其吹干，保持其干燥完整，之后放入干燥柜中备用。
29.第四步：从采用cvd法制备的n-zno:ga微米线中挑选出一根六边形微米线，且在显微镜下观察其结晶质量优异。
30.第五步：将挑选出的n-zno:ga微米线放置在清洗好的玻璃片基底上，并在n-zno:ga微米线一端按压in粒做电极，并测试电极与n-zno:ga微米线之间的导电特性，确定其是否为欧姆接触。
31.第六步：取2μl cnhs修饰的pedot:pss溶液滴涂在n-zno:ga微米线另一端，将其放入50℃低温干燥箱中烘干5min，在烘干后的cnhs修饰pedot:pss薄膜上滴涂ag胶，确保此处ag胶未与n-zno:ga微米线直接接触，即可构筑cnhs修饰pedot:pss高性能光电探测器。
32.实施例2：
33.第一步：取20mg cnhs粉末，加入3.5ml dmso溶液中，超声分散30min。
34.第二步：取15μl cnhs的dmso胶体溶液加入到960μl的pedot:pss的水溶液中，超声分散30min。
35.第三步：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗15min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗15min，之后以氮气枪将其吹干，保持其干燥完整，之后放入干燥柜中备用。
36.第四步：从采用cvd法制备的n-zno:ga微米线中挑选出一根六边形微米线，且在显微镜下观察其结晶质量优异。
37.第五步：将挑选出的n-zno:ga微米线放置在清洗好的玻璃片基底上，并在n-zno:ga微米线一端按压in粒做电极，并测试电极与n-zno:ga微米线之间的导电特性，确定其是否为欧姆接触。
38.第六步：取1μl cnhs修饰的pedot:pss溶液滴涂在n-zno:ga微米线另一端，将其放入50℃低温干燥箱中烘干5min，在烘干后的cnhs修饰pedot:pss薄膜上滴涂ag胶，确保此处ag胶未与n-zno:ga微米线直接接触，即可构筑cnhs修饰pedot:pss高性能光电探测器。
39.实施例3：
40.第一步：取20mg cnhs粉末，加入5ml dmso溶液中，超声分散30min。
41.第二步：取25μl cnhs的dmso胶体溶液加入到1000μl的pedot:pss的水溶液中，超声分散30min。
42.第三步：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗15min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗15min，之后以氮气枪将其吹干，保持其干燥完整，之后放入干燥柜中备用。
43.第四步：从采用cvd法制备的n-zno:ga微米线中挑选出一根六边形微米线，且在显微镜下观察其结晶质量优异。
44.第五步：将挑选出的n-zno:ga微米线放置在清洗好的玻璃片基底上，并在n-zno:ga微米线一端按压in粒做电极，并测试电极与n-zno:ga微米线之间的导电特性，确定其是
否为欧姆接触。
45.第六步：取3μl cnhs修饰的pedot:pss溶液滴涂在n-zno:ga微米线另一端，将其放入50℃低温干燥箱中烘干5min，在烘干后的cnhs修饰pedot:pss薄膜上滴涂ag胶，确保此处ag胶未与n-zno:ga微米线直接接触，即可构筑cnhs修饰pedot:pss高性能光电探测器。
46.对比例1：
47.本实施例的其余步骤同实施例1，区别在于：在第六步时选取未使用cnhs修饰的pedot:pss溶液制备一个未使用cnhs修饰的pedot:pss薄膜构筑的光电探测器作为对比例1，实施例1制备的cnhs修饰pedot:pss光电探测器形成对比。
48.测量实施例1、2、3和对比例1的光电探测器的整流性质，测试其i-v，i-t特性，如图2、3所示。使用cnhs修饰pedot:pss构筑的光电探测器，其光电流比未使用cnhs修饰pedot:pss构筑的光电探测器高出一个数量级。经计算，使用cnhs修饰pedot:pss构筑的光电探测器在0v下的响应度(r)为0.271a/w，探测率(d)为1.16
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10
12
jones(1jones＝1cm
·
hz
1/2
·
w-1
)；未使用cnhs修饰pedot:pss构筑的光电探测器在0v下的r为0.0251a/w，d为1.31
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jones；数据表明，使用cnhs修饰pedot:pss构筑的光电探测器的r、d相比未使用cnhs修饰pedot:pss构筑的光电探测器高出一个数量级。