一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电探测器领域，具体涉及一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器及其制备方法，包括Ag电极、Cu2O纳米晶、GaOOH纳米柱阵列、Ga2O3籽晶层和FTO导电玻璃，所述Ga2O3籽晶层位于FTO导电玻璃上，所述Cu2O/GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，Cu2O/GaOOH纳米柱由GaOOH纳米柱和Cu2O纳米晶构成，所述GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，所述Cu2O纳米晶包裹于GaOOH纳米柱外周围。本发明专利技术制备的Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结具有大的比表面积，对光吸收强，能实现宽光谱探测，为构建高性能的光电探测器提供一种行之有效的方法，且该制备方法操作简单、成本便宜、重复性好，在未来的光电领域一定有巨大的应用前景。

A Cu2O/GaOOH nano nuclear shell PN junction photodetector and its preparation method

The invention belongs to the field of photoelectric detector, in particular to a Cu2O/GaOOH core-shell PN photoelectric detector and a preparation method thereof, including Ag, Cu2O, GaOOH nanocrystalline electrode nano column array, Ga2O3 seed layer and FTO conductive glass, the Ga2O3 seed layer on FTO conductive glass, the Cu2O/GaOOH nanowire arrays located in the Ga2O3 seed layer, Cu2O/GaOOH nanorods by GaOOH nanorods and Cu2O nanocrystals, the GaOOH nanorod arrays in Ga2O3 seed layer, the Cu2O nanocrystals encapsulated in GaOOH nano columns around. Cu2O/GaOOH core-shell PN prepared by the invention has large specific surface area, strong absorption of light, can realize the wide spectrum detection, provides an effective method for the construction of high performance photoelectric detector, and the preparation method has the advantages of simple operation, low cost and good repeatability, have great application prospect in the photovoltaic industry future.

【技术实现步骤摘要】
一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器及其制备方法
本专利技术属于光电探测器领域，具体涉及一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器及其制备方法。技术背景半导体器件在医疗卫生、科研教学、国防科技等领域的应用已越来越广泛，但如何改善半导体材料的光、电、热等性能，提高其可控性，逐渐成为人们的研究热点。异质结是两种不同的半导体相接触所形成的界面区域，通过形成内建电场使电子空穴对有效分离，减少复合，因此其具有两种半导体都不能达到的优良的光电特性，且在制作超高速开关器件、太阳能电池、半导体激光器、光电探测器以及催化剂等领域具有广阔的应用前景。氧化镓作为一种n型的直接带隙的宽禁带半导体材料，具有良好的发光特性和较高的化学稳定性和热稳定性，其在催化剂、气体传感器和光电探测器领域具有广泛的应用。在众多的制备氧化镓晶体的方法中，通过前躯体(GaOOH)的热处理制备Ga2O3，是一个简便而有效的途径。由于GaOOH禁带宽度较大，只能吸收紫外光，为了提高其对光谱的吸收范围，提高光的利用效率，常与窄带隙半导体材料进行复合构成复合材料或异质结。目前，关于pn结的制备方法主要是磁控溅射法、电化学沉积法。其中，磁控溅射法需要在一定的真空条件下，该方法操作复杂，成本昂贵；电化学沉积法对沉积电位、电解质溶液的PH值要求比较高，重复性差。因此，如何研发一种复合材料或异质结，使得其具有宽泛的光谱吸收范围，且广利用效率高，制备方法简单，成本低廉，效率高，是亟待研究解决的一项问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器，其特征在于，包括Ag电极、Cu2O纳米晶、GaOOH纳米柱阵列、Ga2O3籽晶层和FTO导电玻璃，所述Ga2O3籽晶层位于FTO导电玻璃上，所述Cu2O/GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，Cu2O/GaOOH纳米柱由GaOOH纳米柱和Cu2O纳米晶构成，所述GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，所述Cu2O纳米晶包裹于GaOOH纳米柱外周围。进一步地，所述GaOOH纳米柱是在FTO导电玻璃上沿着(110)晶面生长，且所述GaOOH纳米柱的横截面最大对角线的长度为400nm，柱高为2μm。具体地，所述FTO导电玻璃作为制备GaOOH纳米柱阵列的衬底，同时FTO导电玻璃也作为光电探测器的下电极，Ag电极作为光电探测器的上电极。具体地，所述FTO导电玻璃包括导电层，所述导电层为掺氟的氧化锡，所述导电层的厚度为350nm。本专利技术还包括，一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法，其特征在于，在FTO导电玻璃上涂覆一层Ga2O3籽晶层，采用水热法在Ga2O3籽晶层上生长GaOOH纳米柱阵列，并加入铜盐溶液水浴生长Cu2O纳米晶，形成Cu2O/GaOOH纳米核壳结构纳米阵列。进一步地，还包括在Cu2O/GaOOH纳米核壳结构纳米阵列上涂覆银电极。优选地，一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法，具体步骤包括：步骤一，FTO导电玻璃预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，然后在烘箱中干燥；步骤二，Ga2O3籽晶层溶液的配制：取乙醇胺、异丙醇镓、乙二醇甲醚分别加入烧杯中，60℃水浴加热60min，冷却后置于冰箱中备用；步骤三：籽晶层的制备：将步骤一处理后的FTO导电玻璃固定于匀胶/烘胶机的匀胶样品台上，滴入一定量的0.1MGa2O3籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒；在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min；步骤四，羟基氧化镓纳米柱阵列的制备：将覆盖有Ga2O3籽晶层的FTO导电玻璃置于Ga(NO3)3生长溶液中，在不锈钢高压反应釜内150℃生长2～24小时得到GaOOH纳米柱阵列；步骤五，生长Cu2O纳米晶：将覆盖有氧化镓纳米柱阵列的FTO导电玻璃斜靠在含有硝酸铜溶液的烧杯内壁，先加入三乙醇胺溶液，再缓慢加入水合肼溶液，滴完后，静置30～60min，后处理，形成Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结；优选地，所述步骤四的Ga(NO3)3生长溶液的浓度为0.005g/mL或0.01g/mL。优选地，所述步骤五的硝酸铜溶液的浓度为0.01208g/mL。具体地，所述步骤五的后处理为去离子水冲洗2或3次，并80℃干燥。本专利技术的有益效果：1、本专利技术的Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器是一种宽光谱的光电探测器，其中GaOOH与Cu2O形成pn结，使电子空穴对实现快速、有效地分离。具有宽范围的光谱吸收能力，Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结是三维立体的，分布均匀且接触面积大，结的利用效率高，对光的吸收强、范围广。2、本专利技术的Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器制备方法，利用水热法制备异质结方法简单，成本低，效率高。3、本专利技术的Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器制备方法，成本低、易操作、周期短、重复性好，为下一步羟基氧化镓/氧化亚铜异质结相关光电器件的大规模生产创造了良好的前提条件。附图说明图1是Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的结构示意图。图2是GaOOH纳米柱阵列的扫描电镜图。图3是Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结的扫描电镜图。图4是Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结的XRD图。图5是Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结的紫外可见吸收光谱图。图6是Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的在不同波长(254nm，365nm和532nm)光照下的I-V曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步的解释。实施例1一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法，在FTO导电玻璃上涂覆一层Ga2O3籽晶层，采用水热法在Ga2O3籽晶层上生长GaOOH纳米柱阵列，并加入铜盐溶液水浴生长Cu2O纳米晶，形成Cu2O/GaOOH纳米核壳结构纳米阵列。还包括在Cu2O/GaOOH纳米核壳结构纳米阵列上涂覆银电极。Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法的具体步骤如下：(1)FTO导电玻璃衬底预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，然后在烘箱中干燥；(2)籽晶层溶液的配制：取18μL乙醇胺、0.0741g的异丙醇镓、2.98mL的乙二醇甲醚分别加入5mL的烧杯中，60℃水浴加热60min，冷却后置于冰箱中备用；(3)籽晶层的制备：将步骤1)处理后的FTO导电玻璃衬底固定于匀胶/烘胶机的匀胶样品台上，滴入一定量的0.1MGaOOH籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒。在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min。(4)羟基氧化镓纳米柱阵列的制备：将覆盖有GaOOH籽晶层的FTO导电玻璃衬底置于0.15g/30mLGa(NO3)3生长溶液中，在不锈钢高压反应釜内150℃生长2小时得到GaOOH纳米柱阵列，如图2所示为GaOOH纳米柱阵列的扫描电镜图。(5)配制硝酸铜溶液：取0.4832g硝酸铜加入到40mL的去离子水中，搅拌10分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器，其特征在于，包括Ag电极、Cu2O纳米晶、GaOOH纳米柱阵列、Ga2O3籽晶层和FTO导电玻璃，所述Ga2O3籽晶层位于FTO导电玻璃上，所述Cu2O/GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，Cu2O/GaOOH纳米柱由GaOOH纳米柱和Cu2O纳米晶构成，所述GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，所述Cu2O纳米晶包裹于GaOOH纳米柱外周围。

【技术特征摘要】
1.一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器，其特征在于，包括Ag电极、Cu2O纳米晶、GaOOH纳米柱阵列、Ga2O3籽晶层和FTO导电玻璃，所述Ga2O3籽晶层位于FTO导电玻璃上，所述Cu2O/GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，Cu2O/GaOOH纳米柱由GaOOH纳米柱和Cu2O纳米晶构成，所述GaOOH纳米柱阵列位于Ga2O3籽晶层上，所述Cu2O纳米晶包裹于GaOOH纳米柱外周围。2.根据权利要求1所述的一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器，其特征在于，所述GaOOH纳米柱是在FTO导电玻璃上沿着(110)晶面生长，且所述GaOOH纳米柱的横截面最大对角线的长度为400nm，柱高为2μm。3.根据权利要求1或2所述的一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器，其特征在于，所述FTO导电玻璃包括导电层，所述导电层为掺氟的氧化锡，所述导电层的厚度为350nm。4.一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法，其特征在于，在FTO导电玻璃上涂覆一层Ga2O3籽晶层，采用水热法在Ga2O3籽晶层上生长GaOOH纳米柱阵列，并加入铜盐溶液水浴生长Cu2O纳米晶，形成Cu2O/GaOOH纳米核壳结构纳米阵列。5.根据权利要求4所述的一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法，其特征在于，还包括在Cu2O/GaOOH纳米核壳结构纳米阵列上涂覆银电极。6.根据权利要求4所述的一种Cu2O/GaOOH纳米核壳pn结光电探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海林，李小云，陈凯，樊寅翔，陈露，魏亚菊，王顺利，郭道友，李培刚，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33