[发明专利]一种基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器及其制备方法。本发明的深紫外光电探测器从下至上依次包括衬底层、金属层、钙钛矿纳米颗粒层与电极层，钙钛矿纳米颗粒层以ABX₃钙钛矿纳米晶体为基质材料，其中掺杂稀土离子组成。本发明通过稀土离子大大提高CsPbX₃在深紫外线区域的光吸收强度，而且还可以增加钙钛矿的电学性能，例如降低表面缺陷和改善载流子迁移率。并且在钙钛矿层下方旋涂了Al薄膜之后，大幅度提高了CsPbX₃在深紫外线区域的光吸收强度。通过结合这些材料和结构优势，获得了具有极低暗电流，高灵敏度和快速响应时间的深紫外光电探测器。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种深紫外光的探测器及制备方法，具体是一种基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术

日盲深紫外光电探测器是一类光电器件，可以检测200-280 nm范围内的日盲区域内的光。深紫外光电探测器可以应用到远程控制、化学分析、火焰检测、安全的空对空通信和导弹制导等领域，受到了许多关注。在过去的20年中，基于Ga₂O₃、MgxZn1-xO、III族氮化物和金刚石等深紫外光电探测器得到了广泛的研究。尽管这些深紫外光电探测器显示出大的开/关比，相对低的暗电流和快的响应性优势，但是这些宽带隙半导体材料的制造需要配备昂贵仪器的精密生长技术。由于钙钛矿纳米晶体具有可调控的带隙，长载流子扩散长度，易于加工和低成本，被证明是高灵敏度紫外-可见-近红外光电探测器的材料。虽然，已经报道了基于氯化物的钙钛矿纳米晶体的高性能紫外光电探测器，但是这种紫外光电探测器通常在300-400 nm的范围内效率不高。因此，开发基于钙钛矿纳米晶的高性能深紫外光电探测器具有重要意义。目前，具有独特光电性能的三价镧系离子已成功地掺入钙钛矿纳米晶体或薄膜中，通过消除深层缺陷并改善钙钛矿材料的膜质量，大大提高了钙钛矿LED和太阳能电池的性能。基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器制备简单而且廉价，并且具有更优异的性能。其中，铈（Ce³⁺）离子表现出独特的4f-5d跃迁，并且在紫外区具有很强的吸收带。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器。

为了实现上述目的，采用了如下技术方案：

基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器从下至上依次包括衬底层、金属层、钙钛矿纳米颗粒层与电极层，钙钛矿纳米颗粒层以ABX₃钙钛矿纳米晶体为基质材料，其中掺杂稀土离子组成，ABX₃钙钛矿纳米晶体其中A为FA、MA、K、Rb和Cs阳离子中的任一种，B为Sn、Pb和Bi金属阳离子中的任一种，X为Cl、Br和I卤族元素中的任一种，稀土离子为Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Sm³⁺和Tb³⁺中的任一种。

进一步，所述电极层为Au和Ag中的任一种。

进一步，所述金属层为Au棒、Ag球和Al膜中的任一种。

进一步，所述衬底层为导电玻璃、Si基探测器芯片和InGaAs基探测器芯片中的任一种。

进一步，所述稀土离子的掺杂浓度为1mol%—3mol%。

本发明的另一目的是提供上述所述基于稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体的深紫外光电探测器的制备方法，所述方法包括以下步骤：

首先通过热注入法和迅速降温法合成稀土离子掺杂钙钛矿纳米晶体，包括以下步骤：