[发明专利]一种紫外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于微纳制造相关技术领域，其公开了一种紫外光电探测器及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)采用光刻套刻工艺和蒸发镀膜工艺在带有氮化硅绝缘层的硅基底上制备电极层；(2)在电极层上制备紫外探测薄膜，所述紫外探测薄膜是Mn掺杂CsPbBr_3xCl_3(1‑x)紫外探测薄膜，其是通过在所述电极层上依次蒸镀PbCl₂层、CsBr层、CsCl层和MnCl₂层而形成的；其中，x为0.05～0.1；(3)采用滴涂方式在所述紫外探测薄膜上制备封装保护层，以将所述紫外探测薄膜进行封装，由此得到所述紫外光电探测器。本发明的成本更低且更易得，制备工艺更简单，光吸收系数更高，载流子传输更快速，适用性较强。

技术领域

本发明属于微纳制造相关技术领域，更具体地，涉及一种紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是光电系统的重要组成部分，在国防安全和日常生活中具有广泛应用。近年来，紫外波段探测技术(10nm～40nm)成为继激光探测、红外探测之外的又一种极其重要的光电探测技术。宇宙空间、火焰、气体污染分子以及输电线电晕等会产生紫外线辐射，紫外探测技术在空间技术、空间预警、通讯、生物以民用检测等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

传统的紫外光电探测器主要分为两大类：光电发射紫外探测器和半导体紫外探测器，前者是的工作原理是外光电效应，后者则主要利用光电导效应或者光生伏打效应。传统的光电发射紫外探测器，如基于碲铯(Cs2Te)和碲铷(Rb2Te)光电阴极的光电发射紫外探测器在技术上已经比较成熟，但在实际应用中存在探测灵敏度低，光电转换效率低，不能实现真正日盲以及生产比较困难等劣势。随着半导体材料和大规模集成电路技术的成熟，GaN基、SiC基、ZnO基等宽禁带半导体紫外探测器近年来发展迅速，它们体积小、功耗低、成本低及禁带易调见长，用途广泛，但该类器件仍然存在探测灵敏度较低，暗电流大，厚材料短缺(Ga)且制备工艺复杂等缺陷。因此，开发新的高质量、宽禁带紫外光敏薄膜对紫外探测器的发展具有重大意义。

钙钛矿材料具有光吸收系数高、电荷迁移率高、介电常数小、内部缺陷少及表面复合率低等优良特性，且受光照时能表现出快速的光响应特性(微妙甚至纳秒尺度)，是高速、高灵敏光电探测器的理想构件。目前，已经报道的钙钛矿光电探测器在灵敏度、动态范围以及响应速度等方面比基于Si、InGaAs、GaN等无机半导体材料的传统光电探测器更具优势，且明显优于有机光电探测器、量子点光电探测器等新型光电传感器。此外，相交于其他类型探测器，钙钛矿光电探测器还具有弱光响应性好、制备工艺简单、生产成本低、对生产设备要求较低等巨大优势，因此在光电探测邻域具有很广阔的应用前景。为实现高精度紫外探测同时降低可见光波段的噪声干扰，紫外探测薄膜需具备较宽的带隙，而传统的有机无机杂化钙钛矿MAPbI₃的光学禁带仅为1.53eV，对400～810nm波段的可见光具有较大的响应，而对波长小于400nm的紫外光响应较小，显然不适用于紫外探测。全无机CsPbX₃(X＝Br,Cl)钙钛矿具有比有机无机杂化钙钛矿更宽的光学禁带、更高的稳定性和更低的材料成本，其最高禁带为2.85eV，吸收波长下限低于410nm(与紫外探测领域应用较广的SiC材料相当)，对可见光波段几乎无响应，且对紫外波段光具有优异的吸收率和响应速度，因此是较理想的紫外探测材料。

全无机宽禁带CsPbX₃钙钛矿材料为紫外光探技术的发展带来了新的契机，但传统的钙钛矿纳米晶薄膜大多是基于溶液法制备的，存在CsPbX₃材料合成困难(如量子点合成)、制备的CsPbX₃薄膜深度缺陷态较高(如Cl空位多)以及成膜性差(如连续性低、晶粒尺寸小、晶界密度高)等问题，这些缺陷都会显著降低载流子迁移率和光响应速度，且溶液法工艺本身不利于大面积CsPbX₃钙钛矿薄膜的沉积，限制了大面积紫外探测器的制备。相应地，本领域存在着发展一种质量较好的紫外光电探测器及其制备方法的技术需求。

发明内容