一種柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外光探測器及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體材料及其制備領域，具體涉及一種柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外 光探測器及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 紫外光探測器在很多應用場合均有很高的應用價值。軍用方面可用于宇航探測、 戰斗機尾焰跟蹤、導彈尾焰跟蹤等；民用方面可用于高壓電暈檢測、紫外指紋檢測、火焰探 測等。半導體紫外光探測器性能穩定、使用方便，已經廣泛應用于生產和生活中。但是，目前 用半導體材料制備的紫外光探測器大都是剛性固體，無法彎曲或折疊，在一些需要進行相 對運動的設備特殊部位安裝使用不便。研制可以隨意折疊彎曲柔性薄膜型紫外光探測器， 能彌補常規半導體剛性紫外光探測器在這一方面的不足。
[0003] PEDOT (聚3, 4-乙撐二氧噻吩）是一種高分子有機半導體材料。具有導電率高、環 境穩定性好、價格低廉等優點。PH)〇T具有很好的柔韌性，在厚度不大的情況下可以隨意彎 曲折疊。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中的缺陷和不足，本發明的目的在于提供一種具有優秀響應度能力 的柔性薄膜型紫外光探測器及其制備方法。
[0005] 本發明的具體技術方案：
[0006] -種柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外光探測器，包括柔性基底、光敏薄膜和電極；所述 的光敏薄膜包括PEDOT :PSS與氧化鋅的混合物，且在氧化鋅中摻雜Na和N。
[0007] 具體的，按質量比計，在光敏薄膜中PEDOT與ZnO的比為7:1 ;按原子質量百分比 計，氧化鋅中摻雜Na的量為5%，氧化鋅中摻雜N的量為6% ;按質量百分比計，PEDOT :PSS 中PSS的摻入量為1.6%。
[0008] 更具體的，所述的柔性基底為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜，所述的電極為Au/Ti叉 指電極。
[0009] 制備所述的柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外光探測器的方法，包括采用溶膠凝膠法制 備摻雜Na和N的ZnO,將摻雜有Na和N的ZnO與PED0T:PSS制備成混合膠體，將混合膠體 旋涂在柔性基底上并通過共濺射方法在柔性基底上制備電極，即得PEDOT-ZnO柔性薄膜型 紫外光探測器。
[0010] 具體的，所述的溶膠凝膠法制備摻雜Na和N的ZnO包括以乙酸鋅溶液、硝酸鈉溶 液和乙酸銨溶液為原料進行制備，乙酸鋅的濃度為0. 〇lmol/L，硝酸鈉的濃度為0. 001~ 0. 01mol/L，乙酸銨的濃度為0. 01~0. lmol/L。
[0011] 進一步的，在將摻雜有Na和N的ZnO材料與PEDOT: PSS制備成混合膠體前對摻雜 有Na和N的ZnO進行熱處理，所述的熱處理條件包括氧氣和氬氣壓力比為1:1的氛圍及 800。。。
[0012] 更具體的，將摻雜有Na和N的顆粒直徑為200~800nm的ZnO粉末與PEDOT: PSS 制備成混合膠體。
[0013] 再具體的，所述的共濺射制備電極的方法包括利用Au靶和Ti鈀在20Pa氬氣氛圍 下共濺射在柔性基底上做成Au/Ti電極。
[0014] 本發明的有益效果為：
[0015] (1)純凈的PEDOT和ZnO材料之間具有勢皇，對兩者復合材料體系的光電導特性有 著嚴重影響，本發明制備方法中的材料經過了基于能帶工程設計的摻雜，消除了兩者原有 的界面勢皇，使PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探測器具有優秀的光電導響應特性；
[0016] (2)和同尺寸、同形狀的基于單一 PEDOT或ZnO材料的器件相比，本發明制備的 PEDOT-ZnO復合材料器件具有更優秀的光敏特性。單一 PEDOT體系的器件幾乎沒有紫外響 應，ZnO體系的器件具有紫外響應，而與前兩者相比PEDOT-ZnO復合材料器件的紫外光響應 度提高非常顯著；
[0017] (3)本發明制備的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探測器是一種柔性半導體紫外光 探測器，解決了現有的半導體紫外光探測器大都是剛性器件，在一些需要進行相對運動的 設備特殊部位安裝使用不便的問題，同時常規的剛性半導體光探測器的光敏薄膜大都需要 真空系統制備，設備昂貴導致制備成本很高，本制備方法核心的光敏薄膜制備過程無需真 空環境，流程簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0018] 圖1是實施例一制備的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探測器的光暗IV曲線；
[0019] 圖2是實施例一制備的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探測器的響應譜；
[0020] 以下結合說明書附圖和【具體實施方式】對本發明做具體說明。
【具體實施方式】
[0021] 現有的半導體紫外光探測器大都是剛性器件，在一些需要進行相對運動的設備特 殊部位安裝使用不便，基于此，本發明采用PEDOT (聚3, 4-乙撐二氧噻吩）與氧化鋅一起制 備成軟性的紫外光探測器，該紫外光探測器為光電導型紫外光探測器，光電導型紫外光探 測器包括柔性基底、光敏薄膜和電極；光敏薄膜旋涂在柔性基底上，將電極與光敏薄膜連接 進行導電，但是在制備的過程中發現純凈的PEDOT和ZnO材料之間具有勢皇，對兩者復合材 料體系的光電導特性有著嚴重影響；
[0022] 本發明提出的采用有機半導體材料PEDOT和無機半導體材料ZnO結合而成的 PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探測器及其制備方法，目前尚未見相同或相近的專利和文獻 報道；本發明要解決的技術問題是，利用摻雜解決PEDOT/ZnO界面態和界面勢皇影響器件 光敏性能的問題，因為界面態和界面勢皇會導致電子在ZnO和PEDOT之間進行輸運時受到 嚴重阻滯，并且許多光生載流子被界面復合消耗，從而嚴重降低光電流并導致電流電壓關 系非線性化，影響光電導探測器的光敏性能。利用旋涂法制備出PEDOT-ZnO柔性薄膜，并制 備出具有優秀光敏性能的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探測器。
[0023] 面對上述困難，發明人欲通過在氧化鋅材料中摻雜其他元素來克服上述問題，通 過大量的實驗篩選發現，將Na與N共同摻雜進氧化鋅材料后與摻雜PSS (聚苯乙烯磺酸） 后的PEDOT即PEDOT:PSS材料一起制備成柔性的紫外光探測器，解決了純凈的PEDOT和ZnO 材料之間具有勢皇問題；
[0024] PED0T:PSS是摻雜PSS后的PEDOT高分子聚合物，具有優良的導電率。隨著摻雜 PSS的量不同的材料導電率也不同。本發明采用的PED0T:PSS溶液購自武漢思諾富宏科技 有限公司。
[0025] 本發明的紫外光探測器為光電導型紫外光探測器，光電導型紫外光探測器包括柔 性光敏薄膜和在薄膜上的電極，柔性光敏薄膜為旋涂在透明柔性塑料膜上的PEDOT-ZnO薄 膜，按質量比計，PH)〇T和ZnO的比例為7:1 ;Na與N在氧化鋅中的原子質量百分比分別為 5%和6%，電極為Au/Ti叉指電極；按質量百分比計，PEDOT :PSS材料中PSS的摻入量為 1. 6%〇
[0026] 以下結合具體實施例對本發明的紫外光探測器的制備原料和制備方法做具體說 明：
[0027] 實施例1 :
[0028] 步驟1 :采用溶膠凝膠法以乙酸鋅、硝酸鈉和乙酸銨為原料制備出摻雜的ZnO材 料，步驟如下：配置含有〇· Olmol/L乙酸鋅、0· OOlmol/L硝酸鈉和0· Olmol/L乙酸銨混合溶 液，加熱至90攝氏度后加入PVA至濃度0. 5g/L，攪拌2小時再靜置至常溫攪拌1小時形成 ZnO膠體。將膠體置于玻璃杯中，放入烘箱烘干。
[0029] 步驟2 :將烘干后的ZnO放入氣氛爐中，在壓力比為1:1的氧氣和氬氣氛圍中進行 800°C熱處理。再將ZnO放入球磨機中，利用擺震頻率1200周/分鐘的球磨機將熱處理后 的ZnO在碾磨72小時，得到平均顆粒直徑約500nm的ZnO: (Na, N)粉末。
[0030] 步驟3 :將ZnO: (Na，N)粉末和PED0T:P