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一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器及制备方法技术

技术编号:18671252 阅读:307 留言:0更新日期:2018-08-14 21:08
本发明专利技术属于半导体光电探测技术领域,具体涉及一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器及制备方法。其结构由Si衬底、绝缘的SiO2层、Au叉指电极和Cs2AgBiBr6薄膜构成。其特征在于,采用简单的制备方法实现了非铅Cs2AgBiBr6薄膜的制备,克服了传统钙钛矿结构在不稳定性和铅毒性上的缺点,对钙钛矿光探测器简化工艺、环境友好、进而走向实用化具有非常重要的意义。

A photoconductive detector based on Cs2AgBiBr6 thin film and its preparation method

The invention belongs to the technical field of semiconductor photoelectric detection, in particular relates to a photoconductive detector based on Cs2AgBiBr6 film and a preparation method thereof. The structure is composed of Si substrate, insulated SiO2 layer, Au interdigital electrode and Cs2AgBiBr6 film. Characterized by its simple preparation method, non-lead Cs2AgBiBr6 thin film was prepared, which overcomes the shortcomings of the traditional perovskite structure in instability and lead toxicity. It is of great significance to simplify the process of the perovskite photodetector, be environmentally friendly, and then to be practical.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器及制备方法
本专利技术属于半导体光电探测
,具体涉及一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器及制备方法。
技术介绍
近几年来,金属卤化物钙钛矿材料(CH3NH3PbX3,CsPbX3,X=Cl/Br/I)由于其优越的光学和电学性能开始引起人们的广泛关注,这是由于其具有高的光学吸收系数、长的载流子寿命和扩散长度、双极性的电荷传输以及带宽连续可调等优点。以上特性使得钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管和光探测器等方面有极大的应用潜力。但是,基于CH3NH3PbX3和CsPbX3材料的光电器件在铅毒性和稳定性上一直不能令人满意,因此人们开始将目光转向非铅且稳定性更优的无铅钙钛矿体系材料,例如CsGeX3、CsSnX3、Cs3Bi2X9和Cs2AgBiX6等。Cs2AgBiX6是一种双钙钛矿结构材料,通过两种不同的元素同时对Pb金属阳离子进行取代,从而合成出由不同八面体结构交替排列而成的双钙钛矿材料。相比传统的ABX3类钙钛矿材料,Cs2AgBiX6具有更高的结构稳定性和环境友好性。此外,它们具有相对较窄的带隙宽度(约2.0电子伏特)以及良好的光吸收性能,在新型光探测器方面具有良好的应用前景(C.C.Wu,Q.H.Zhang,Y.Liu,W.Luo,X.Guo,Z.Huang,H.Ting,W.H.Sun,X.R.Zhong,S.Y.Wei,S.F.Wang,Z.J.Chen,andL.X.Xiao,Adv.Sci.1700759(2017);E.T.McClure,M.R.Ball,W.Windl,andP.M.Woodward,Chem.Mater.28,1348(2016))。目前,已报道的钙钛矿基光电探测器均是基于CH3NH3PbX3和CsPbX3材料体系,材料本身的不稳定性以及铅毒性是限制该型器件走向实用化的主要瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有金属卤化物钙钛矿材料在铅毒性和结构稳定性上的不足,提出一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器及制备方法。该器件制备方法简单、环境友好,克服了传统铅基钙钛矿结构的先天不足,对钙钛矿光探测器简化工艺、进而走向实用化具有非常重要的意义。本专利技术的技术方案是以下述方式实现的:一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,包括衬底,衬底上依次设有绝缘的SiO2层、Au叉指电极和Cs2AgBiBr6薄膜。所述衬底为单抛的Si衬底,衬底的厚度为400~500微米。绝缘的SiO2层的厚度为180~300纳米,SiO2层的电阻率为1012~1013欧姆·厘米。Au叉指电极的厚度为50~80纳米,指宽为10微米,相邻叉指之间的距离为10微米。Cs2AgBiBr6薄膜的厚度为200~300纳米。一种根据基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器的制备方法,是按照下述步骤进行的:步骤(1)清洗衬底;步骤(2)在衬底1上沉积绝缘的SiO2层;步骤(3)采用光刻工艺和热蒸发技术在SiO2层上制备Au叉指电极;步骤(4)在Au叉指电极上制备Cs2AgBiBr6薄膜作为光吸收层。所述步骤(2)中SiO2层的制备是干氧氧化法或磁控溅射法。所述步骤(4)中Cs2AgBiBr6薄膜的制备是低温溶液法,低温溶液法旋涂时,旋涂速率为500转每分钟/5秒,2500转每分钟/20秒;退火条件为270~320摄氏度,退火温度为5~10分钟。或者所述步骤(4)中Cs2AgBiBr6薄膜的制备是气相蒸发法,蒸发温度为500~600℃,蒸发时间为15~20分钟,反应压强为100~300帕斯卡。优选的,步骤(3)采用下述方式进行:将光刻胶均匀旋涂在清洗后的SiO2/衬底基板上,旋涂条件为低速500转速转每分钟/5秒,高速3000转速转每分钟/30秒;对光刻胶进行退火,退火条件为100摄氏度/100秒;将样品放在光刻机上光刻图案,曝光3分钟;用质量浓度为1.0%的NaOH溶液对曝光后的样品进行显影,将被曝光区域的光刻胶去除,得到叉指图案;然后,将带有叉指图案的样品放在蒸发台内进行Au电极蒸镀,通过膜厚仪控制Au电极的厚度为60纳米;取出样品放入丙酮溶液中,除去未曝光区域的光刻胶;而后用乙醇溶液去除样品表面的丙酮残留液,再用去离子水冲洗干净,最终在SiO2层上得到Au叉指电极。本专利技术利用工艺简单、环境友好的低温溶液法和气相蒸发法,制备出基于无铅Cs2AgBiBr6材料的光电导型探测器,所制备的器件具有高的探测率、开关比和响应速度,从而为钙钛矿基光探测器的规模化发展和应用提供了新的解决方案,具有重要的科学意义和实用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器的结构示意图。图2为实施例1中Cs2AgBiBr6薄膜的扫描电子显微镜照片。图3为实施例1中所制备的光电导型探测器在暗态和光照环境下(13.63毫瓦、405纳米)的电流-电压特性曲线。图4为实施例1中所制备的光电导型探测器在固定光照强度下的电流-时间特性曲线。图5为采用气相蒸发法所制备的Cs2AgBiBr6薄膜4的扫描电子显微镜照片其中:1.衬底,2.SiO2层,3.Au叉指电极,4.Cs2AgBiBr6薄膜。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。Cs2AgBiX6材料具有制备简单、环境友好和结构稳定等优良特性,本专利技术以该材料作为光吸收层可为钙钛矿基光探测器的进一步发展提供新的解决方案,具有重要的科学意义和实用价值。实施例1:(1)清洗衬底1,所采用的衬底为单抛的Si衬底。采用商用Si片作为衬底,将其进行化学清洗,清洗步骤为:将衬底分别放于甲苯、丙酮和乙醇溶液中各超声清洗10分钟,再循环一次;之后用去离子水冲洗干净后,经高纯氮气吹干后备用。(2)沉积绝缘的SiO2层2。将清洗后的Si衬底1置入单温区水平管式炉内,通入高纯氧气对Si表面进行氧化处理,具体的工艺参数为:温度1100℃,氧气流量200sccm,管内压强为0.5×105帕斯卡,氧化时间60分钟。最终,所获得SiO2层的厚度为195纳米,电阻率为5.9×1013欧姆·厘米。(3)利用光刻工艺和热蒸发技术制备Au叉指电极。采用正胶BP218作为掩膜,利用紫外光刻技术光刻出叉指电极图案(暗室环境,紫外光波长:365纳米),具体过程如下:将光刻胶均匀旋涂在清洗后的SiO2/Si基板上,旋涂条件为低速500转速转每分钟/5秒,高速3000转速转每分钟/30秒;对光刻胶进行退火,退火条件为100摄氏度/100秒;将样品放在光刻机上光刻图案,曝光时间为3分钟;用质量浓度为1.0%的NaOH溶液对曝光后的样品进行显影,将本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,包括衬底(1),其特征在于:衬底(1)上依次设有绝缘的SiO2层(2)、Au叉指电极(3)和Cs2AgBiBr6薄膜(4)。

【技术特征摘要】
1.一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,包括衬底(1),其特征在于:衬底(1)上依次设有绝缘的SiO2层(2)、Au叉指电极(3)和Cs2AgBiBr6薄膜(4)。2.根据权利要求1所述的基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,其特征在于:所述衬底(1)为单抛的Si衬底,衬底的厚度为400~500微米。3.根据权利要求1所述的一种基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,其特征在于:绝缘的SiO2层(2)的厚度为180~300纳米,SiO2层(2)的电阻率为1012~1013欧姆·厘米。4.根据权利要求1所述的基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,其特征在于:Au叉指电极(3)的厚度为50~80纳米,指宽为10微米,相邻叉指之间的距离为10微米。5.根据权利要求1所述的基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器,其特征在于:Cs2AgBiBr6薄膜(4)的厚度为200~300纳米。6.一种根据权利要求1~5所述的基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器的制备方法,其特征在于是按照下述步骤进行的:步骤(1)清洗衬底(1);步骤(2)在衬底1上沉积绝缘的SiO2层(2);步骤(3)采用光刻工艺和热蒸发技术在SiO2层(2)上制备Au叉指电极(3);步骤(4)在Au叉指电极(3)上制备Cs2AgBiBr6薄膜(4)作为光吸收层。7.根据权利要求6所述的基于Cs2AgBiBr6薄膜的光电导型探测器的制备方法,其特征在于:所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员:史志锋雷玲芝李营张飞陈磊磊李新建
申请(专利权)人:郑州大学
类型:发明
国别省市:河南,41

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