一种基于大面积氧化铋或硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器及其制备方法技术

一种基于大面积氧化铋或硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器及其制备方法，属于光电探测器件及其制备领域。本发明专利技术所述的Bi2O3、Bi2S3是一种大面积生长在导电衬底表面的纳米管阵列，所述光电探测器是以所生长的大面积Bi2O3、Bi2S3纳米管阵列分别作为探测材料所制备。首先，利用水热法合成ZnO纳米棒；然后，通过磁控溅射结合溶液法制备了具有核壳结构的ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜和ZnO纳米棒/Bi2S3薄膜；接下来去除ZnO纳米棒后获得大面积Bi2O3或Bi2S3纳米管阵列；最后将Bi2O3、Bi2S3纳米管阵列分别作为工作电极制备了光电探测器。本发明专利技术主要利用简便、易操作的室温溶液法结合磁控溅射的方式合成了大面积Bi2O3、Bi2S3纳米管阵列结构，进而构造了光电探测器。造了光电探测器。造了光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大面积氧化铋或硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体光电探测器件及其制备
，具体涉及一种基于大面积氧化铋或硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年来，光电探测器在导弹制导，环境监测，医学检测和火灾预警等领域吸引了研究人员的大量关注。其中，半导体光电探测器由于具有高灵敏度，快的响应速度和简单的器件结构，迅速成为当前的研究热点。特别的是，基于半导体的柔性光电探测器不仅具有上述优点，而且能够更好的实现集成化和便携化，因此在可穿戴光电子器件领域具有广阔的应用前景。在众多半导体中，Bi2O3和Bi2S3具有优异的光电导性，好的化学稳定性，无毒和低成本等优点，在光电探测领域展现出了巨大潜力。众所周知，在各种纳米结构中，纳米管通常具有高的长径比，高效的电子迁移和量子限域效应，尤其是大的比表面积能进一步提升光的利用效率。因此，Bi2O3和Bi2S3纳米管阵列作为一种可以获得优异探测性能的理想结构而受到广泛关注。但是Bi2O3和Bi2S3纳米管阵列的合成通常较为困难，目前还没有关于在衬底上大面积制备Bi2O3和Bi2S3纳米管阵列的相关报道。因此，开发一种简单绿色的方法合成大面积Bi2O3和Bi2S3纳米管阵列，并应用于高性能的柔性宽光谱探测的意义重大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决Bi2O3和Bi2S3纳米管阵列的合成较为困难的问题，提供一种基于大面积氧化铋或硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器及其制备方法，该方法采用简便，易操作且环境友好的溶液法，在导电衬底上合成大面积Bi2O3或Bi2S3纳米管阵列结构；将所合成的大面积Bi2O3或Bi2S3纳米管阵列作为工作电极，对电极为Pt、ITO、FTO或PET
‑
ITO；器件内部注入碘电解液、聚硫电解液或氢氧化钠溶液，从而获得光电探测器件，并能够在无外加电源的条件下工作。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种基于大面积氧化铋纳米管阵列结构的光电探测器，将大面积生长在导电衬底上的Bi2O3纳米管阵列作为工作电极，并与对电极通过热封膜相互连接或直接相互粘连，器件空腔内部注入电解液，获得光电探测器，其可在常规或柔性条件下实现对紫外光的精准探测；
[0006]所述Bi2O3纳米管阵列通过以下制备方法得到：
[0007]步骤1：将沉积有ZnO种子层的导电衬底垂直插入包含有Zn离子和六次甲基四胺的溶液，90
‑
110℃水热2
‑
6h，得到ZnO纳米棒阵列；
[0008]步骤2：将溅射压强和溅射功率分别控制在1
‑
3Pa和100
‑
150W，通过室温磁控溅射在ZnO纳米棒表面沉积Bi2O3薄膜，获得具有核壳结构的ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜；
[0009]步骤3：室温条件下，将ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜结构在硼酸溶液中浸泡10
‑
50h以去除
ZnO纳米棒，从而制备出中空Bi2O3纳米管阵列；
[0010]步骤4：将中空Bi2O3纳米管阵列在氧气中200
‑
400℃退火1
‑
3h，进一步提升其结晶质量。
[0011]进一步地，所述导电衬底为ITO、FTO或PET
‑
ITO中的一种，提供Zn离子的材料为乙酸锌或硝酸锌。
[0012]进一步地，所述对电极为PET
‑
ITO、Pt电极、ITO和FTO玻璃中的一种。
[0013]进一步地，所述电解液为碘电解液、聚硫电解液或氢氧化钠溶液中的一种。
[0014]一种基于大面积硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器，将大面积生长在导电衬底上的Bi2S3纳米管阵列结构作为工作电极，并将其与对电极通过热封膜相互结合或直接相互粘合，两电极中间注入电解液，得到光电探测器。所制备的Bi2S3光电探测器在常规或柔性条件下，无需施加外部偏压即可对紫外，可见以及近红外范围内的光实现稳定探测。
[0015]进一步地，所述导电衬底为ITO、FTO或PET
‑
ITO中的一种。
[0016]进一步地，所述对电极为PET
‑
ITO、Pt电极、ITO和FTO玻璃中的一种。
[0017]进一步地，所述电解液为碘电解液、聚硫电解液或氢氧化钠溶液中的一种。
[0018]一种上述的基于大面积硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器的制备方法，所述步骤为：
[0019]步骤1：将沉积有ZnO种子层的导电衬底垂直插入包含有Zn离子(乙酸锌或硝酸锌)和六次甲基四胺的溶液中，90
‑
110℃水热2
‑
6h，得到ZnO纳米棒阵列；
[0020]步骤2：将溅射压强和溅射功率分别控制在1
‑
3Pa和100
‑
150W，通过室温磁控溅射在ZnO纳米棒表面沉积Bi2O3薄膜，获得具有核壳结构的ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜；
[0021]步骤3：将具有ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜的核壳结构室温下浸渍在硫化钠溶液1
‑
12h，室温下获得核壳结构的ZnO纳米棒/Bi2S3薄膜；
[0022]步骤4：将具有ZnO纳米棒/Bi2S3薄膜的核壳结构在室温下浸泡在稀盐酸溶液中1
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10min，移除ZnO纳米棒，得到Bi2S3纳米管阵列结构；
[0023]步骤5：将生长在导电衬底上的Bi2S3纳米管阵列作为工作电极，然后和对电极在100～180℃下通过热封膜相互压合或室温下直接相互粘合，最后在器件内部注入电解液，从而获得基于Bi2S3纳米管阵列结构的光电探测器。
[0024]进一步地，步骤4中，还包括将Bi2S3纳米管阵列结构浸入浓度为0.01～0.05mol/L的硝酸银溶液中，获得中空的Ag2S/Bi2S3纳米管阵列结构，其他步骤不变，最终得到Ag2S/Bi2S3纳米管光电探测器件。
[0025]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术的光电探测器具有响应度高、响应速度快、光谱响应覆盖范围广、可弯折等优点，可在不外加偏压条件下实现对紫外、可见和近红外波段范围内的入射光进行响应，具有自供能特性。
[0026]本专利技术主要利用简便、易操作的室温溶液法结合磁控溅射的方式合成了大面积Bi2O3、Bi2S3纳米管阵列结构，进而构造了光电探测器；该方法简单且成本低，适用于大规模制备生产，具有很高的实用价值和应用前景。
附图说明
[0027]图1为Bi2O3纳米管的SEM图。
[0028]图2为Bi2O3纳米管的TEM图。
[0029]图3为Bi2O3纳米管的XRD图谱。
[0030]图4为Bi2O3纳米管紫外探测器在365nm紫外光照射下的电流密度曲线图。
[0031]图5为Bi2S3纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大面积氧化铋纳米管阵列结构的光电探测器，其特征在于：将大面积生长在导电衬底上的Bi2O3纳米管阵列作为工作电极，并与对电极通过热封膜相互连接或直接相互粘连，器件空腔内部注入电解液，获得光电探测器；所述Bi2O3纳米管阵列通过以下制备方法得到：步骤1：将沉积有ZnO种子层的导电衬底垂直插入包含有Zn离子和六次甲基四胺的溶液，90
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110℃水热2
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6h，得到ZnO纳米棒阵列；步骤2：将溅射压强和溅射功率分别控制在1
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3Pa和100
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150W，通过室温磁控溅射在ZnO纳米棒表面沉积Bi2O3薄膜，获得具有核壳结构的ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜；步骤3：室温条件下，将ZnO纳米棒/Bi2O3薄膜结构在硼酸溶液中浸泡10
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50h以去除ZnO纳米棒，从而制备出中空Bi2O3纳米管阵列；步骤4：将中空Bi2O3纳米管阵列在氧气中200
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400℃退火1
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3h。2.根据权利要求1所述的一种基于大面积氧化铋纳米管阵列结构的光电探测器，其特征在于：所述导电衬底为ITO、FTO或PET
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ITO中的一种，提供Zn离子的材料为乙酸锌或硝酸锌。3.根据权利要求1所述的一种基于大面积氧化铋纳米管阵列结构的光电探测器，其特征在于：所述对电极为PET
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ITO、Pt电极、ITO和FTO玻璃中的一种。4.根据权利要求1所述的一种基于大面积氧化铋纳米管阵列结构的光电探测器，其特征在于：所述电解液为碘电解液、聚硫电解液或氢氧化钠溶液中的一种。5.一种基于大面积硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器，其特征在于：将大面积生长在导电衬底上的Bi2S3纳米管阵列结构作为工作电极，并将其与对电极通过热封膜相互结合或直接相互粘合，两电极中间注入电解液，得到光电探测器。6.根据权利要求5所述的一种基于大面积硫化铋纳米管阵列结构的光电探测器，其特征在于：所述导电衬底为ITO、FTO或P...

【专利技术属性】
技术研发人员：高世勇，任帅，王金忠，容萍，张勇，苑野，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：