一种铋基杂化半导体材料及其光电探测应用制造技术

本发明专利技术公开了一种零维铋基有机

【技术实现步骤摘要】
一种铋基杂化半导体材料及其光电探测应用


[0001]本专利技术涉及光电半导体材料领域，尤其涉及一种铋基杂化材料(H2amp)(G)BiI6及其光电探测应用，其中(H2amp)
2+
为双质子化的4
‑
(氨基甲基)吡啶阳离子，G
+
为质子化的胍离子。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化半导体材料由于其低阱密度、高光吸收和高载流子迁移率等光电特性而受到了人们的持续关注。这些独特的特性使它们可用于制作极具前景的高性能光电器件，被广泛应用于光电探测器中。
[0003]光电探测器的原理是辐射引起探测材料的电导率发生明显改变。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量、探测、工业自动控制和光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像和红外遥感等方面。但是这类材料目前仍存在材料制备复杂且能耗高、探测灵敏度不够高等不足，因此开发新的光电探测材料具有重要的社会意义和经济意义。
[0004]铅基半导体材料尽管具有优异的光电性能，但铅的毒性已成为限制其广泛应用的绊脚石。在这种情况下，低毒的铋基钙钛矿材料，凭借与铅相似的电子构型和紧密的电负性，有望表现出与铅基材料相媲美的半导体行为，为无铅光电器件的研究开辟广阔的道路。因此，研究铋基杂化钙钛矿的光电探测应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可用于光电探测的铋基有机
‑
无机杂化半导体材料；该材料选取无毒金属铋，克服铅基杂化材料铅毒性的问题；选取质子化的胍为有机阳离子，该材料具有合成方法简单，低成本，无毒害，半导体性能良好的特点。
[0006]本专利技术的技术方案包括以下内容：
[0007]1. 一种有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6，式中的(H2amp)
2+
为双质子化的4
‑
(氨基甲基)吡啶阳离子，G
+
为质子化的胍阳离子。该化合物结晶于单斜晶系，C2/m空间群，单胞参数为单胞参数为a=17.03(11)
ꢀÅ
，b=8.84(5)
ꢀÅ
，c=17.06(15)
ꢀÅ
，α=90
º
，β=108.15(9)
º
，γ=90
º
。晶体颜色为红色，表现为离子型有机
‑
无机杂化类型的结构特点。具体结构特征为阳离子为带一个单位正电荷的质子化4
‑
(氨基甲基)吡啶阳离子和带一个单位正电荷的胍离子，而阴离子则是由五价铋离子和碘离子配位构成的零维(BiI6)3–
阴离子，整个结构为电中性。
[0008]2. 如项1所述的有机
‑
无机铋碘杂化半导体的制备方法，将0.5 g 氧化铋、0.13 mL 4
‑
(氨基甲基)吡啶、0.5 g 碳酸胍和2 mL HI加到烧杯中，磁力加热搅拌溶解，随后降至室温可得红色晶态产物，即为(H2amp)(G)BiI6。
[0009]3. 如项1所述的铋碘杂化半导体的用途，其特征在于：该化合物具有优良的半导体性能，用于光电探测器件制作。
[0010]本专利技术的有益效果为产物的合成条件简单、易控且无污染，实现了质子化胍和质子化4
‑
(氨基甲基)吡啶两个阳离子与无机(BiI6)3–
阴离子在分子水平上的结合，具有显著的光电探测响应。
附图说明
[0011][0012]图1为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6的分子结构图，忽略氢原子。
[0013]图2为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6分子中零维阴离子骨架结构图。
[0014]图3为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6分子的空间堆积图。
[0015]图4为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(Hamp)(G)BiI6合成的粉末衍射谱图，均与粉末模拟衍射结果完全吻合。
[0016]图5为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI6的红外光谱图。
[0017]图6为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI
6 的固体紫外吸收光谱。
[0018]图7为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI
6 的电流
‑
电压曲线。
[0019]图8为有机
‑
无机铋碘杂化半导体(H2amp)(G)BiI
6 的电流
‑
时间曲线。
具体实施方式
[0020][0021]（1）化合物(H2amp)(G)BiI6的合成。
[0022]将0.5 g 氧化铋、0.13 mL 4
‑
(氨基甲基)吡啶、0.5g 碳酸胍和2 mL HI放入烧杯中，磁力加热搅拌溶解，溶解后降至室温得到红色条状晶体，即为化合物(H2amp)(G)BiI6。在上述的反应条件下得到的晶体的纯度、产率较高。
[0023]（2）光电探测器件制作。
[0024]将5 mg充分研磨的(H2amp)(G)BiI6粉末分散在0.5 mL乙醚中，球磨处理三十分钟，将3.5 μL分散液滴涂在叉指电极上，重复五次成膜，40 ℃真空干燥四小时后进行线性伏安扫描。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机铋碘杂化半导体材料，其特征在于材料的分子式为(H2amp)(G)BiI6，式中的(H2amp)
2+
为双质子化的4
‑
(氨基甲基)吡啶离子，G
+
为质子化的胍离子，材料结晶于单斜晶系，C2/m空间群，单胞参数为a=17.03(9)
ꢀÅ
，b=8.84(5)
ꢀÅ
，c=17.06(15)
ꢀÅ
，α=90
º
，β=108.15(9)
º
，γ=90
º
，晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雪娜，刘广宁，王婷婕，高城城，李村成，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：