[发明专利]一种有机无机复合结构自驱动日盲紫外探测器及制备方法

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种基于有机无机复合结构的p‑n结自驱动日盲紫外探测器及其制备方法。本发明器件结构包括：衬底、n型氧化镓微米线、p型有机导电聚合物纳米薄膜，以及在p、n型层上制备的金属接触电极。本发明的特点是通过p型有机导电聚合物与n型氧化镓微米线形成核壳结构，使其在零偏压下工作具有良好的光电特性和深紫外选择性，该器件解决了传统p‑n结构无机半导体深紫外光电探测器中p型材料无法可控制备的难题。本发明的探测器制备工艺简单，在日盲紫外探测领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，具体涉及一种有机无机复合结构自驱动日盲紫外探测器及制备方法。

背景技术

太阳辐射在通过大气层时，由于臭氧层的存在，波长在200-280nm范围内的紫外辐射会被强烈吸收，这一波段范围内的太阳紫外辐射几乎在地面不存在，所以称为日盲紫外。因此，工作在此波段的探测器被称为日盲紫外探测器。由于在地球表面日盲波段几乎没有来自太阳的背景辐射干扰，其可以实现对目标物体更高的探测率。可以广泛应用于导弹预警、紫外通讯、环境监测、火灾预警等军事和民用领域。

近年来，伴随着军事、工农业的发展以及科技技术的不断进步，一些具有特殊功能、可应用于特殊环境下的高效节能型紫外探测器逐渐成为光电探测器领域研究的热点。其中自驱动紫外探测器(可在无外加偏压情况下的探测器)就是其中的一个典型代表。相对于传统光电探测器而言，自驱动紫外探测器主要有以下三个方面的优势：第一方面，其可以省去传统探测器结构中的电源配件部分，从而有效减小器件的体积；另二方面，其可用于减少污水处理紫外检测、医学检测以及火警监测的探测器长期工作带来巨大的能源消耗；第三个方面，可以应用在外太空、海底等一些苛刻或危险环境下的紫外监测。

目前，已有GaAlN和ZnMgO等合金材料应用于日盲紫外探测。合金材料可以通过调节组分来改变带宽，实现对不同波长的探测。但是组分调节会引起晶格结构的改变，进而引起材料内部形成大量晶格缺陷，导致器件功能下降。与此相比，作为非合金材料的氧化镓材料禁带宽度为4.9eV，对应于253nm的波长，不需要通过合金化即可实现对日盲紫外的探测，并且材料生长温度高，结晶质量好，具有很高的热稳定性和化学稳定性，因此非常适合用作日盲紫外探测的材料。目前的研究中，由于氧化镓材料的p型掺杂和高质量的Schottky接触较难实现，所以基于氧化镓材料的高性能自驱动光电探测器难以制备。

发明内容

鉴于上述不足，本发明的目的在于提供一种有机无机复合结构自驱动日盲紫外探测器及制备方法，本发明提供了具有高响应度的自驱动深紫外光电探测器。所采用的有机无机核壳结构可以有效得将光生载流子分离，其中p型有机导电聚合物纳米薄膜只起到空穴传输作用，其对任何波段的光没有光响应，可保证其相应截止边位于日盲波段。因此，本结构有助于提高探测器对日盲紫外信号的响应度，降低功耗，降低制备成本。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种有机无机复合结构日盲紫外探测器，其特征在于，包括衬底，n型氧化镓微米线，p型有机导电聚合物纳米薄膜，以及在p、n型层上制备的金属接触电极；其中，单根四边形氧化镓微米线的截面宽度为1-10μm，截面厚度为1-10μm，微米线的长度为 1mm-1cm，有机导电聚合物纳米薄膜的厚度为20-500nm。

优选的，所述衬底为刚性或柔性衬底，所述刚性衬底为蓝宝石、石英、硅片等材料，所述柔性沉底为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等材料。

优选的，所述接触金属电极选自钛、铝、铟、镍、铂、金、银、钼、钽、钴和钨单层金属或金属复合层。

本发明还提供了上述有机无机复合结构日盲紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：

1)微米线制备：量取质量比为1:1的高纯氧化镓粉和碳粉混合，充分研磨使其混合均匀。