[发明专利]一种复合纳米结构的紫外/红外光电探测器制备方法

说明书

本发明公开一种复合纳米结构的紫外/红外光电探测器制备方法，是一种基于石墨烯‑氧化锌复合纳米结构的紫外/红外光电探测器的制备方法，包括：采用化学氧化法将鳞片石墨配置成氧化石墨烯（GO）墨、在柔性塑料PET衬底上打印GO墨、采用热或者化学还原处理制作导电的还原氧化石墨烯（RGO）膜、喷涂氧化锌种子层、热溶液法制备氧化锌纳米线阵列等步骤，制备低成本的氧化还原石墨烯—氧化锌纳米线复合材料，实现单芯片集成的紫外/红外双波段的光探测器。器件可采用喷墨打印工艺制备，具有器件结构简单、室温稳定工作、半透明和可柔性弯曲等特点。解决了传统紫外/红外双波段探测器结构复杂、需低温工作等问题，更适合于低成本、大规模生产使用。

技术领域

本发明涉及一种复合纳米结构的紫外/红外光电探测器制备方法，具体为一种基于石墨烯——氧化锌复合纳米结构的紫外/红外光电探测器的制备方法，属于光电子器件领域。

背景技术

紫外/红外光电探测器是一种探测紫外、红外光辐照的光电器件，该器件可同时获得紫外和红外两个波段的信息，可增强对目标的识别能力，降低虚警率，是目前光探测技术发展的研究热点之一。其在精确制导、预警探测等军用领域有重要应用，在工业锅炉火焰检测、火灾探测和物质元素的分析等民用领域也有着广泛应用前景。目前的红外/紫外双色探测系统通常采用简单组合的方式将两套独立的红外探测系统和紫外探测系统集成在一起，封装复杂，体积大，成本高，如中国发明专利“一种红外紫外复合火焰探测器及其探测方法”(CN104199117A)、“一种三色探测器”(CN106342192B)等发明即为该种结构。

随着近年来半导体能带理论研究的深入，国内外报道了几种利用不同材料组合或不同机理研究的紫外/红外双色探测器，开始尝试了真正意义上的紫外/红外单片集成。目前的单片集成型紫外/红外光电探测器主要有两种类型，一种是以具有紫外响应的宽禁带半导体为基础，结合宽禁带半导体量子阱带阶红外吸收，实现双波段光电探测，如“氮化镓基紫外-红外双色集成探测器”(公开号CN1696670A)，“单片集成紫外-红外双色雪崩光电二极管及其制备方法”(公开号CN106847933A)等方案就是基于上述机理。另外一种方案是采用半导体外延生长实现两种半导体材料的叠层组合，两种不同组分材料分别响应紫外和红外光，如“AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器”(CN100524842C)、“基于硒化铟和氮化镓的双波段探测器及制备方法”(CN107331718A)、“紫外-红外双波段探测器及其制作方法”(CN101894831B)和“双波段光电探测器及其制备方法”(公开号CN104701393A)等结构双色探测器。从双波段光电探测器的发展趋势看，通过一个单片集成结构实现紫外/红外波段的探测，可以简化紫外/红外双色探测器的制作工艺和封装工艺，是未来发展的主流方向。最近发展起来的第三代宽禁带半导体材料，包括氮化镓(GaN)，氧化锌(ZnO)和碳化硅(SiC)等，由于具有较大的禁带宽度对应于紫外光波段，具有良好的波长选择性，成为目前紫外光电探测器的主要感光材料。红外响应部分现在主流的是铟镓砷(InGaAs)或硒化铟(InSe)等窄禁带半导体。

氧化锌(ZnO)是直接带隙的半导体材料，能带宽度3.37eV，对应波长380nm，具有优良的光电转换特性。相比GaN和SiC材料，ZnO具有无毒，制备工艺简单和价格低廉等特点。一维纳米结构的氧化锌材料(如纳米线，纳米棒，纳米管等等)通常是单晶材料，晶体质量高，缺陷少，是理想的光电响应材料。石墨烯是由sp2碳原子以六边形晶格构成的二维单原子层结构，可以通过化学合成的方法从天然石墨大量制得，成本低廉、制备工艺简单。在室温下石墨烯就具有超高的载流子迁移率、超宽的光吸收谱(从紫外至远红外)等优良特性，使其在实现非制冷、高速、宽光谱的低成本红外探测方面极具潜力，也可应用于光伏、电化学储能和光传感等光电子器件中。

综上所述，一种采用新型纳米结构，实现单芯片集成的紫外、红外光电探测器，其中采用氧化锌纳米线阵列作为紫外吸收层，石墨烯作为红外吸收层和电荷传输层，可采用喷墨打印工艺制备，探测器具有器件结构简单、室温稳定工作、半透明和可柔性弯曲等特点成为必需。解决了传统紫外/红外双波段探测器结构复杂、需低温工作等问题，更适合于低成本、大规模生产使用。