一種基于三維自組裝納米材料的新型紅外探測器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型的基于三維自組裝硒化鉛納米材料的紅外探測器。其包括：透明導電襯底；空穴傳輸層；三維自組裝硒化鉛納米材料的活性層，用來吸收紅外光；電子傳輸層；金屬電極。該高效紅外探測器可利用溶液法制備，具有成本低，易大規模化生產的優點。新型三維自組裝硒化鉛納米材料作為紅外光的吸收層，不但保持了硒化鉛納米粒子對紅外光的高吸收特性，同時由于三維自組裝硒化鉛納米材料的尺寸可調節到光生激子擴散長度的大小，從而有效地降低了激子的淬滅，增加了載流子地輸出效率，提高了光探測器的性能。與單個硒化鉛納米粒子作為活性層的器件相比，其性能提高了30％，對830納米紅外光的探測靈敏度在-3伏時達到4*1010Jones。
【專利說明】一種基于三維自組裝納米材料的新型紅外探測器
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電子器件領域，涉及到一種新的基于自組裝納米材料的新型紅外探測器以及這種自組裝納米材料和紅外探測器的制備方法。
【背景技術】
[0002]紅外探測技術在信息領域應用非常廣泛，尤其是在軍事領域具有巨大的應用前景。19世界40年代初以硫化鉛為代表的光電型紅外探測器的問世推動了紅外技術的不斷發展和進步，隨后有出現了硒化鉛和碲化鉛探測器。另一方面隨著納米技術的發展，利用硒化鉛納米材料制備的紅外探測器件也越來越受到人們的重視。雖然硒化鉛納米粒子具有很強的紅外吸收，也可利用低成本的溶液法來制備，但是載流子在納米顆粒之間的輸運是靠跳躍來進行的，因此限制了光生載流子的輸出以及探測靈敏度。一般來說，硒化鉛的顆粒尺寸在5-20納米之間，對紅外的吸收系數非常高，但是由單個納米粒子所制備而成的膜，為了滿足對紅外的強吸收，其薄膜厚度都在幾百納米以上，因此紅外光吸收層的橫截面包含數十個納米粒子。光生激子的擴散長度一般在幾十納米的范圍，這樣一來一方面光生激子不能全部到達界面完成有效的解離，部分激子復合損失掉了，另一個方面載流子在納米粒子之間的跳躍導致其遷移率低、內阻大，進而降低了探測靈敏度。這里，我們利用自組裝硒化鉛納米八面體材料制備紅外吸收層，利用溶液法制備了高性能的紅外探測器，為大規模的低成本的制備高性能光控發光二極管提供了可能。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是新型的基于自組裝納米材料的紅外探測器以及自組裝納米材料和這種探測器的制備方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
[0005]一種新型基于自組裝納米材料的紅外探測器，其包括:透明導電襯底；空穴傳輸層；自組裝納米八面體材料，由可吸收紅外的納米顆粒利用自組裝技術結合而成，起到吸收紅外光的作用；電子傳輸層；金屬電極。
[0006]優選的，所述導電襯底為金屬氧化物透明導電薄膜，透明導電襯底為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜，厚度在20-2000納米之間。
[0007]優選的，所述空穴傳輸層厚度在20 - 200nm之間，為氧化鑰、P型氧化鋅和氧化鈦，以及P型聚合物，比如poly-TPD，PVK, MEHPPV, TFB, PEDOT和它們的衍生物等和P型小分子材料，比如TPD，NP B和它們的衍生物等。
[0008]優選的，所述紅外光吸收層材料選用自組裝納米材料，其中所用無機納米材料比如硫化鉛，硒化鉛，碲化鉛等4-6族半導體，和硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，硒化鎘，硒化鋅等2-6組半導體，以及1-3-5族半導體，但不局限于此，納米粒子的尺寸為2-20納米，通過自組裝技術所結合而成的納米八面體結構的尺寸為20-200納米，最后通過溶液法制備的紅外光吸收層的厚度在20-2000納米之間。
[0009]優選的，其選用電子傳輸材料，厚度在20 - 200nm之間，為氧化鋅和氧化鈦，硫化鎘，硫化鋅等η型半導體，以及η型聚合物，比如F8BT和它們的衍生物等和η型小分子材料，比如ALQ，BCP和它們的衍生物等。
[0010]優選的，所述金屬導電薄膜選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種。
[0011]本發明還公開了一種上述自組裝納米八面體材料和基于這種自組裝納米材料的新型紅外探測器的制備方法，其中自組裝納米八面體利用熱溶液法通過納米粒子表面配體之前的相互作用力結合在一起的，然后再利用溶液法制備在空穴傳輸層和透明導電襯底上，厚度為20-2000納米，然后在惰性氣體中進行熱退火處理，襯底溫度是室溫-600度。退火處理后，利用溶液法制備電子傳輸層并且在室溫-600度的惰性氣體環境下進行熱處理。最后利用真空鍍膜技術制備金屬電極，厚度在20-2000納米之間。
[0012]優選的，所述溶液法包括旋涂法，噴涂法，糟模法。
[0013]優選的，自組裝納米八面體材料是通過納米粒子表面配套之間的相互作用力結合而成的，其中所用納米材料為硫化鉛，硒化鉛、碲化鉛等4-6族半導體，和硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，硒化鎘，硒化鋅等2-6組半導體，以及1-3-5族半導體，但不局限于此，納米粒子的尺寸為2-20納米，然后采用溶液法方法制作在空穴傳輸層(2)和透明電級(I)上，形成紅外光吸收層，可在特定紅外光源激發下產生光電流，實現光探測功能。
[0014]上述技術方案具有如下有益效果:該紅外探測器采用自組裝納米八面體材料作為紅外吸光層不僅具有溶液制備法的便宜快捷的優點，而且可通過分別優化納米粒子和自組裝八面體的尺寸，調節器件的光吸收特性和電傳輸效率，明顯改善紅外探測靈敏度。
[0015]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明實施例的結構示意圖；
圖2為a自組裝納米八面體材料的透射電鏡，掃描電鏡和電子衍射圖，以及硒化鉛納米粒子的透射電鏡照片；b自組裝納米八面體的示意圖和XRD圖；
圖3為本發明實施例對紅外光探測靈敏度與基于納米粒子的紅外探測器件的靈敏度比較圖。
【權利要求】
1.一種新型的基于三維自組裝硒化鉛納米材料的紅外探測器，其特征在于，其包括:透明導電襯底；空穴傳輸層，該空穴傳輸層可有效起到分離和傳輸空穴的作用；紅外吸收層，該吸收層采用三維自組裝納米材料，具有紅外光吸收強，載流子遷移率高等優點；電子傳輸層；金屬背電極。
2.根據權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于:所述透明導電襯底為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜，厚度在20-2000納米之間。
3.根據權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于:所述空穴傳輸層厚度在20 — 200nm之間，為氧化鑰、P型氧化鋅和氧化鈦，以及P型聚合物，比如poly-TH),PVK, MEHPPV, TFB, PEDOT和它們的衍生物等和P型小分子材料，比如TPD，NP B和它們的衍生物等。
4.根據權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于:所述紅外吸收層材料為三維自組裝納米材料，選用顆粒尺寸在2-20納米的無機納米材料比如硒化鉛,硫化鉛等4-6族半導體，硫化鎘，硫化鋅，碲化鎘，硒化鎘，硒化鋅等2-6組半導體以及1-3-5族半導體和一型或者二型的核殼納米顆粒，但不局限于此，利用自組裝技術制備成尺寸在20-200納米之間的三維八面體納米材料，沉積成膜后，其厚度為20-2000納米。
5.根據權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于:其選用電子傳輸材料，厚度在20 — 200nm之間，為氧化鋅和氧化鈦,硫化鎘,硫化鋅等η型半導體，以及η型聚合物，比如F8BT和它們的衍生物等和η型小分子材料，比如ALQ，BCP和它們的衍生物等。
6.根據權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于:所述金屬導電薄膜選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種。
7.一種新型紅外探測器的制備方法，其特征在于，首先利用自組裝的方面把紅外吸光的納米粒子制備成尺寸可控的三維八面體結構，然后通過溶液法制作在空穴傳輸層上，厚度大約在20-2000納米左右，襯底溫度是室溫-600度。最后在室溫-600度的環境下退火形成致密的納米材料連續膜，使其不但能夠有效的吸收紅外光，而且可以快速的把光生載流子導出。
8.根據權利要求8所述的紅外探測器的制備方法，其特征在于:所述溶液法包括旋涂法，噴涂法，糟模法；自組裝八面體納米材料的尺寸在20-200納米的范圍，其中單個粒子的尺寸在2-20納米的范圍。
9.根據權利要求8所述的紅外探測器的制備方法，其特征在于:自組裝八面體納米材料沉積在空穴傳輸層(2)和透明電極沉底(I)上，由于自組裝材料是由顆粒尺寸在2-20納米之間的紅外吸收納米材料制備的，因此具有納米材料自身非常高的紅外光吸收特性。而另一方面，通過自組裝技術把這些粒子結合成尺寸和光生激子擴散長度相當的八面體結構，可使激子在復合之前到達界面，從而顯著提高其解離效率，在不影響紅外光吸收效率的前提下增大光電流和紅外探測器的檢測靈敏度。
【文檔編號】H01L31/101GK104051560SQ201410276747
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】錢磊, 劉德昂, 謝承智 申請人:蘇州瑞晟納米科技有限公司