一种碳纳米角修饰的高性能异质结光电探测器的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种碳纳米角修饰的高性能异质结光电探测器的制备方法。

背景技术

自从20世纪90年代成功合成导电高分子材料PEDOT以来，PEDOT就因其电导率高和化学稳定性好，成为导电材料的研究热点。PEDOT由于具有较强的π-共轭刚性结构，且链状结构存在较强的电子相互作用，导致溶解性差，也为加工处理带来困难。研究发现PSS的加入能促进PEDOT的溶解性，这虽然解决了PEDOT的加工问题，但是PSS的加入阻碍了载流子的运输，降低了载流子迁移率，导致PEDOT:PSS的电导率较低，可靠性不足，限制了其在光电器件领域的应用。目前已有相关报道利用快速退火、结构工程和酸后处理等方法来调节PEDOT：PSS的电学性质，但这些方法的处理工艺较为复杂，成本较高。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种CNHs修饰PEDOT:PSS构筑高性能有机/无机光电探测器的制备方法。将CNHs溶于二甲基亚砜(DMSO)中与PEDOT:PSS复合作为p型材料，结晶质量优异的ZnO:Ga微米线为n型材料，利用CNHs优异的导电性、热稳定性，改善PEDOT：PSS薄膜的电学性质，提高光电探测器的光电流，利用DMSO溶液提高光电探测器的抑制比，构筑光电流、响应度、探测率、抑制比等性能优秀的p-CNHs&PEDOT:PSS/n-ZnO:Ga异质结基光电探测器。

技术方案：本发明的碳纳米角修饰的高性能异质结光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳纳米角CNHs溶于二甲基亚砜DMSO溶液中；

(2)将CNHs的DMSO胶体溶液加入到3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS的水溶液中；

(3)将玻璃片清洗，保持其平整干净；

(4)挑选结晶质量优异的n-ZnO:Ga微米线；

(5)将在步骤(4)中得到的n-ZnO:Ga微米线放置在步骤(3)中得到的玻璃片基底上，并在n-ZnO:Ga微米线一端按压In粒做电极；

(6)在步骤(5)的n-ZnO:Ga微米线另一端滴涂CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液，烘干后，在薄膜上滴涂Ag胶做电极，即可构筑CNHs修饰PEDOT:PSS的p-n异质结基高性能光电探测器。

CNHs的独特性质在光电子器件研制中展示出应用优势，如调控半导体材料带隙，较强的光增益，稳定的化学性质等等。ZnO作为一种直接带隙半导体，在常温下具有较高的激子束缚能(60meV)。同时，化学气相沉积法制备的ZnO微纳结构具有良好的结晶度和四边形或六边形截面结构，这种天然的光学谐振腔使得ZnO微纳结构适用于制备小单元以及微小型光电器件。本发明在ZnO微米线表面滴涂CNHs修饰的PEDOT:PSS，构筑了一种高性能的有机/无机异质结光电探测器。

进一步地，步骤(1)具体为：取CNHs粉末20mg，加入2～5mL DMSO溶液中，超声分散25～35min。

进一步地，步骤(2)具体为：取15～25μL CNHs的DMSO胶体溶液，加入960～1000μLPEDOT:PSS的水溶液中，超声分散25～35min。

进一步地，步骤(3)玻璃片清洗的方法为：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗10～20min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗10～20min，之后以氮气枪吹干。

进一步地，所述玻璃片的尺寸为2cm*2cm。

进一步地，步骤(4)所述n-ZnO:Ga微米线的挑选为：n-ZnO:Ga微米线采用CVD法制备，且在显微镜下观察结晶质量完好。

进一步地，步骤(5)的具体为：将n-ZnO:Ga微米线放置在玻璃片基底上，在n-ZnO:Ga微米线一端按压In粒，In粒与n-ZnO:Ga微米线为欧姆接触，作为异质结的阴极。

进一步地，步骤(6)的具体为：取1～3μL CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液滴涂在微米线一端，将此时的器件放入45～55℃低温干燥箱中烘干5～10min，在烘干后的CNHs修饰PEDOT:PSS薄膜上滴涂Ag胶，作为异质结的阳极。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明通过CNHs修饰PEDOT:PSS，改善PEDOT:PSS薄膜的电学性质。以经CNHs修饰的PEDOT:PSS薄膜构筑异质结基光电探测器，实现光电流、整流比、响应度、探测率、抑制比的显著增强，实现探测器长期稳定性的提高。本发明通过CNHs修饰的方式，极大的改善了有机半导体导电率差和ZnO基光电探测器的光电流弱、响应度与探测率较低的问题。

附图说明

图1为本发明CNHs修饰的高性能有机/无机异质结光电探测器的结构示意图；其中，(a)n-ZnO:Ga微米线；(b)微米线一端的In电极；(c)CNHs修饰PEDOT:PSS薄膜；(d)Ag电极；

图2为本发明未使用CNHs修饰与使用CNHs修饰的有机/无机异质结光电探测器的光暗电流的对比；

图3为本发明未使用CNHs修饰(a)与使用CNHs修饰(b)有机/无机异质结光电探测器的I-t曲线的对比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

CNHs修饰的有机/无机异质结光电探测器中，采用的CNHs为20mg，DMSO溶液2～5mL，CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液1～3μL；所述n-ZnO:Ga微米线的电子浓度为10

实施例1：

第一步：取20mg CNHs粉末，加入2mL DMSO溶液中，超声分散30min。

第二步：取20μL CNHs的DMSO胶体溶液加入到980μL的PEDOT:PSS的水溶液中，超声分散30min。

第三步：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗15min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗15min，之后以氮气枪将其吹干，保持其干燥完整，之后放入干燥柜中备用。

第四步：从采用CVD法制备的n-ZnO:Ga微米线中挑选出一根六边形微米线，且在显微镜下观察其结晶质量优异。

第五步：将挑选出的n-ZnO:Ga微米线放置在清洗好的玻璃片基底上，并在n-ZnO:Ga微米线一端按压In粒做电极，并测试电极与n-ZnO:Ga微米线之间的导电特性，确定其是否为欧姆接触。

第六步：取2μL CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液滴涂在n-ZnO:Ga微米线另一端，将其放入50℃低温干燥箱中烘干5min，在烘干后的CNHs修饰PEDOT:PSS薄膜上滴涂Ag胶，确保此处Ag胶未与n-ZnO:Ga微米线直接接触，即可构筑CNHs修饰PEDOT:PSS高性能光电探测器。

实施例2：

第一步：取20mg CNHs粉末，加入3.5mL DMSO溶液中，超声分散30min。

第二步：取15μL CNHs的DMSO胶体溶液加入到960μL的PEDOT:PSS的水溶液中，超声分散30min。

第三步：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗15min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗15min，之后以氮气枪将其吹干，保持其干燥完整，之后放入干燥柜中备用。

第四步：从采用CVD法制备的n-ZnO:Ga微米线中挑选出一根六边形微米线，且在显微镜下观察其结晶质量优异。

第五步：将挑选出的n-ZnO:Ga微米线放置在清洗好的玻璃片基底上，并在n-ZnO:Ga微米线一端按压In粒做电极，并测试电极与n-ZnO:Ga微米线之间的导电特性，确定其是否为欧姆接触。

第六步：取1μL CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液滴涂在n-ZnO:Ga微米线另一端，将其放入50℃低温干燥箱中烘干5min，在烘干后的CNHs修饰PEDOT:PSS薄膜上滴涂Ag胶，确保此处Ag胶未与n-ZnO:Ga微米线直接接触，即可构筑CNHs修饰PEDOT:PSS高性能光电探测器。

实施例3：

第一步：取20mg CNHs粉末，加入5mL DMSO溶液中，超声分散30min。

第二步：取25μL CNHs的DMSO胶体溶液加入到1000μL的PEDOT:PSS的水溶液中，超声分散30min。

第三步：将玻璃片置入玻璃烧杯中，倒入三氯乙烯，再放入超声清洗仪中清洗15min，清洗完成后将其分别放入丙酮、乙醇、超纯水中以同样的方法清洗15min，之后以氮气枪将其吹干，保持其干燥完整，之后放入干燥柜中备用。

第四步：从采用CVD法制备的n-ZnO:Ga微米线中挑选出一根六边形微米线，且在显微镜下观察其结晶质量优异。

第五步：将挑选出的n-ZnO:Ga微米线放置在清洗好的玻璃片基底上，并在n-ZnO:Ga微米线一端按压In粒做电极，并测试电极与n-ZnO:Ga微米线之间的导电特性，确定其是否为欧姆接触。

第六步：取3μL CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液滴涂在n-ZnO:Ga微米线另一端，将其放入50℃低温干燥箱中烘干5min，在烘干后的CNHs修饰PEDOT:PSS薄膜上滴涂Ag胶，确保此处Ag胶未与n-ZnO:Ga微米线直接接触，即可构筑CNHs修饰PEDOT:PSS高性能光电探测器。

对比例1：

本实施例的其余步骤同实施例1，区别在于：在第六步时选取未使用CNHs修饰的PEDOT:PSS溶液制备一个未使用CNHs修饰的PEDOT:PSS薄膜构筑的光电探测器作为对比例1，实施例1制备的CNHs修饰PEDOT:PSS光电探测器形成对比。

测量实施例1、2、3和对比例1的光电探测器的整流性质，测试其I-V，I-t特性，如图2、3所示。使用CNHs修饰PEDOT:PSS构筑的光电探测器，其光电流比未使用CNHs修饰PEDOT:PSS构筑的光电探测器高出一个数量级。经计算，使用CNHs修饰PEDOT:PSS构筑的光电探测器在0V下的响应度(R)为0.271A/W，探测率(D)为1.16×10