【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锰酸钇基异质结，具体地，涉及一种石墨烯/锰酸钇基异质结、其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着信息技术的不断发展，新型光电器件不断涌现。光电探测器作为光电子行业中的核心器件之一，能够将光转换为电信号，并在自动控制、远程遥感、光学成像、火灾探测、环境监测和军事等领域发挥至关重要的作用。光电探测器的应用范围广泛，通过对其技术不断提升和完善，我们可以更好地利用光电探测器在各种领域中的优势，实现更高效、更精准的智能化控制和监测。光电探测器能够探测到从紫外光区到红外光区之间的所有波段，而其主要工作机理则是依靠材料的光伏效应。由于当前环境污染严重和不可再生能源的过度使用等问题日益严重，现代社会对于新型的可再生的清洁能源的需求与日俱增，所以科研人员对于微型化、低能耗和高性能的光电探测器的研究也越来越多，因此自供能光电探测器越来越受到他们的青睐。开发新型光探测材料代替传统半导体材料迫在眉睫。
2、锰酸钇基无铅铁电薄膜材料凭借其窄的光学带隙、良好的载流子传输和强的可见光、近红外吸收等特点，机械、化学、热稳定且制造成本低等优点，被认为是制备光电器件理想的材料。ymno3(ymo)/la0.7sr0.3mno3(lsmo)异质结表现了较宽的光学吸收范围和较弱的吸收强度。ymo/lsmo异质结在光照下的光电流密度较低，这极大地限制了其在光探测领域的应用。因此，近年来研究者们尝试通过对纯ymo铁电薄膜采用构筑异质结结构以及化学元素掺杂的方式提高铁电薄膜光电流密度(jsc),以此优化ymo铁电薄膜光探测性能。
3、ch
技术实现思路
1、针对目前锰酸钇基无铅铁电薄膜材料光探测性能不佳的问题，本专利技术提供了一种石墨烯/锰酸钇基异质结、其制备方法和应用，通过与二维材料结合构筑异质结结构来提高异质结的光探测性能，以此获得高的光电流密度、响应度、探测率和快速响应时间。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种石墨烯/锰酸钇基异质结，该异质结结构包括依次设置的la0.7sr0.3mno3薄膜、ymno3无铅铁电薄膜和graphene薄膜，所述la0.7sr0.3mno3薄膜为具有r_3c空间基团的菱方相结构，所述ymno3无铅铁电薄膜为具有p63cm空间基团的六方相结构。
3、本专利技术通过构筑多重异质界面，增强了异质结的光吸收强度，同时依靠铁电极化与界面效应的协同作用来提高光生载流子的分离和迁移，以此在光照下获得高的光伏和光探测性能，其具体原理如下：
4、ymo/lsmo异质结表现了较宽的光学吸收范围和较弱的吸收强度，利用二维材料石墨烯(graphene)优异的光学和电学特性，引入graphene使得光吸收强度显著增强。但是只凭增强光吸收能力还不足以使光探测性能提升如此大。因此，利用铁电退极化场与graphene与ymo、ymo/lsmo之间的界面效应的协同作用来提高光生载流子的分离和迁移，有效实现快速分离和运输光生载流子并减小它们发生复合的可能。同时graphene作为空穴传输层，使得光生空穴更容易传输，极大地减小了载流子复合率。光吸收能力的增强、界面效应、铁电退极化场以及graphene优异的光学和电学特性的协同作用都大大优化了ymo/lsmo异质结的光探测性能。
5、根据实验结果发现，选择二维材料graphene与铁电材料ymo来构筑异质结，其中利用graphene的高透光率以及高光学吸收，实现了其光学吸收范围在紫外-近红外光区(365nm～1000nm)的吸收强度显著增强；同时，铁电退极化场与graphene与ymo、ymo/lsmo之间的界面效应的协同作用来提高光生载流子的分离和迁移；此外，graphene作为空穴传输层，有利于载流子传输，极大减小了载流子复合率，因此极大的增强了异质结的光伏效应，使光电流密度大大提升，从而提高探测性能，使响应度和探测率在900nm近红外波长下光强为0.1mw分别提升数倍，在900nm波长下快速响应的上升时间和下降时间大大缩短。
6、优选地，所述la0.7sr0.3mno3薄膜的厚度为60～80nm，所述ymno3无铅铁电薄膜的厚度为160～180nm，所述graphene薄膜的厚度小于10nm。
7、本专利技术另一方面提供一种上述的石墨烯/锰酸钇基异质结的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
8、s1、根据化学通式称量mnn2o6、yn3o9、mnc4h6o4、c6h9lao6和c6h6o4sr，将mnn2o6、yn3o9混合反应得到ymno3前驱体溶液，将mnc4h6o4、c6h9lao6和c6h6o4sr混合反应得到la0.7sr0.3mno3前驱体溶液，静置后分别得到ymno3胶体和la0.7sr0.3mno3胶体；
9、s2、将步骤s1得到的la0.7sr0.3mno3胶体涂覆在基底上形成湿凝胶膜，对湿凝胶膜进行热处理，使薄膜结晶，多次循环涂覆和热处理，得到需要厚度的所述la0.7sr0.3mno3薄膜；
10、s3、将步骤s1得到的ymno3胶体在步骤s2得到的la0.7sr0.3mno3薄膜上进行涂覆形成湿凝胶膜，然后对其进行热处理，使薄膜结晶，多次循环涂覆和热处理，得到需要厚度的ymno3/la0.7sr0.3mno3异质结；
11、s4、将石墨烯分散液涂覆在步骤s3得到的ymno3/la0.7sr0.3mno3异质结上，经热处理后，得到graphene/ymno3/la0.7sr0.3mno3异质结。
12、优选地，步骤s1中，所述前驱体溶液的制备环境为：室温且湿度不超过30％。
13、优选地，步骤s1中，所述静置的时间为24～36h，使得原料充分反应形成胶体。
14、具体地，步骤s2中，所述涂覆的方法为：1000～1500转/min旋涂3～5s，然后5000～6000转/min旋涂30～40s；
15、所述热处理的方法为：先在200～250℃下保温2～3min，然后在400～450℃下保温10～15min，最后在700～80本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯/锰酸钇基异质结，其特征在于，该异质结的结构包括依次设置的La0.7Sr0.3MnO3薄膜、YMnO3无铅铁电薄膜和Graphene薄膜，所述La0.7Sr0.3MnO3薄膜为具有R_3c空间基团的菱方相结构，所述YMnO3无铅铁电薄膜为具有P63cm空间基团的六方相结构。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/锰酸钇基异质结，其特征在于，所述La0.7Sr0.3MnO3薄膜的厚度为60～80nm，所述YMnO3无铅铁电薄膜的厚度为160～180nm，所述Graphene薄膜的厚度小于10nm。
3.权利要求1或2所述的石墨烯/锰酸钇基异质结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述前驱体溶液的制备环境为：室温且湿度不超过30％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述静置的时间为24～36h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述涂覆的方法为：1000～1500转/min旋涂3～5s，然后5000～60
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述涂覆的方法为：500～600转/min旋涂5～10s，然后2500～3000转/min旋涂20～30s；
8.根据权利要求3至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述涂覆的方法为：300～400转/min旋涂10～15s，然后2500～3000转/min旋涂30～40s；
9.权利要求3至8中任一项所述的制备方法制得的石墨烯/锰酸钇基异质结。
10.权利要求1或2或9所述的石墨烯/锰酸钇基异质结在制备自供能近红外光探测器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/锰酸钇基异质结，其特征在于，该异质结的结构包括依次设置的la0.7sr0.3mno3薄膜、ymno3无铅铁电薄膜和graphene薄膜，所述la0.7sr0.3mno3薄膜为具有r_3c空间基团的菱方相结构，所述ymno3无铅铁电薄膜为具有p63cm空间基团的六方相结构。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/锰酸钇基异质结，其特征在于，所述la0.7sr0.3mno3薄膜的厚度为60～80nm，所述ymno3无铅铁电薄膜的厚度为160～180nm，所述graphene薄膜的厚度小于10nm。
3.权利要求1或2所述的石墨烯/锰酸钇基异质结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述前驱体溶液的制备环境为：室温且湿度不超过30％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李雍，杨信祥，孙宁宁，韩沛，宋鑫，王雨霏，张利文，郝喜红，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：
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