[发明专利]氧化锌纳米颗粒修饰的钙钛矿CsPbBr3薄膜及其应用

说明书

本发明涉及氧化锌纳米颗粒修饰的钙钛矿CsPbBr₃薄膜及其应用，属于半导体材料技术领域，该薄膜由一步法或两步法中的一种方法制备，制备的氧化锌纳米颗粒修饰的钙钛矿CsPbBr₃薄膜致密性高、覆盖率大、结晶均匀，同时具有快速载流子转移速率，能够改进侧边薄膜的膜层质量，将其用于光探测器中，可提高光探测器的开关比、光响应速度，将其用于微激光器中，可提高微激光器的光谱发射强度、降低激光激发阈值。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及氧化锌纳米颗粒修饰的钙钛矿CsPbBr₃薄膜及其应用。

背景技术

作为信息时代的关键材料，半导体在过去几十年里无时无刻不在影响着人类信息技术的发展，影响着世界科技的发展。在半导体材料的诸多实际应用中，半导体薄膜器件被大量地用于光探测、微激光、电致发光、太阳能转换等领域。其中，光探测器能够将光信号转化为电信号，在光控开关、光触发、图像传感器等方面被广泛应用；微激光在精细加工、激光打印等领域需求迫切；薄膜电致发光器件则被广泛应用于高品质显示、照明、信息传输等领域；太阳能电池在当前世界能源问题日益突出的形势下，成为国际研究热点。

半导体薄膜作为半导体薄膜器件的核心部分，其品质决定了整个器件的性能。传统硅基半导体材料由于其自身载流子迁移率低，加之间接带隙受自身物理特性的限制，其在高频器件、激光及其他光电子器件中难以适用，因此，选择开发新型半导体材料，突破材料自身的极限，对于推进半导体产业的发展具有重要意义。

新型卤族铅钙钛矿半导体材料，因其具有带间缺陷少、载流子扩散距离长及光致发光效率高等特点，在半导体器件中有着非常好的应用前景。钙钛矿型材料是一类具有立方和棱形晶体结构的材料，在过去的几年里，一类新型的有机无机杂化钙钛矿卤化物半导体材料 (CH₃NH₃PbX₃,X＝Cl,Br,I)横空出世，其自身性质优异，包括直接带隙半导体、高吸光系数、禁带宽度可调、高载流子迁移率、长载流子迁移距离等，并且制备工艺简单，可溶液加工，能够大规模生产，成本低廉优点。目前，在太阳能电池、发光二极管(Light-EmittingDiodes, LEDs)、光探测器、激光器、光催化等半导体器件领域取得了重要的突破。但由于有机离子 CH₃NH₃⁺的存在，有机无机杂化钙钛矿卤化物半导体材料(CH₃NH₃PbX₃,X＝Cl,Br,I)的稳定性较差，容易受空气中水、氧的影响，并且热稳定性差，这已成为限制其实际应用的一个重要因素。无机离子Cs⁺能够替代有机离子CH₃NH₃⁺，进而得到全无机钙钛矿半导体材料(CsPbX₃, X＝Cl,Br,I)，它不易受空气水、氧的影响，具有更强的稳定性。其中，CsPbBr₃材料的稳定性最好，并且它还具有平衡的电子空穴迁移率寿命积、高电子迁移率、小激子束缚能和常温受激辐射。但是，在制备CsPbBr₃薄膜时，通常采用一步法或两步法，这一过程中，由于旋涂基底的亲润性、前驱液浓度不高等固有问题的存在，使得制备的薄膜依然存在众多问题，如薄膜均匀性差、致密性差(存在很多空洞)、平整度差、晶粒结晶度差等，这些问题对后续所制备的薄膜器件的影响很大，严重限制器件的性能。因此，开发高质量的CsPbBr₃薄膜对于半导体CsPbBr₃器件具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供一种氧化锌纳米颗粒修饰的钙钛矿CsPbBr₃薄膜；(2)提供一种氧化锌纳米颗粒修饰的钙钛矿CsPbBr₃薄膜在光探测器和微激光器的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：