CN107658384B - 基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器及其制备方法 - Google Patents

基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光电探测器领域，具体涉及基于有机‑无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器及其制备方法，包括ITO透明导电玻璃，位于ITO透明导电玻璃上的β‑Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列，镶嵌于β‑Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间和位于β‑Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1‑xPbI3单晶，分别位于(NH4)x(CH3CH2NH3)1‑xPbI3单晶和ITO透明导电玻璃上的Au薄膜电极；所述(NH4)x(CH3CH2NH3)1‑xPbI3单晶的x＝0.2～0.8。本发明光电探测器对深紫外区至近红外区光谱均有响应，具有高响应度的广谱探测能力和零功耗特性。且本发明的探测器性能稳定，反应灵敏，暗电流小，可自供电，在广谱光探测领域具有很大的应用前景。

Description

基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器及其制 备方法
技术领域
本发明属于光电探测器领域，具体涉及基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器及其制备方法。
技术背景
目前，半导体基光探测器已从Si基可见至红外探测器发展到化合物半导体基紫外探测器。通常半导体基光探测器一般制成金属肖特基、p/n、p-i-n和金属-半导体-金属结构，但多数在短波范围响应度低，而覆盖紫外到近红外的光谱范围的宽谱响应光电探测器，在工业自动控制、光通信、射线探测、传感监测等领域用途广泛，具有重要的社会经济价值。
β-Ga2O3是一种具有深紫外特性的半导体材料，200nm的β-Ga2O3薄膜在紫外光区域能达到80％以上的透过率，弥补了传统TCO材料在深紫外区域透过性低的缺点，可用于制作深紫外光电器件。GaN晶体具有宽带隙、强原子键、高热导等性质，而且GaN及GaN基材料的带隙涵盖了从红外到紫外的光谱范围，可以广泛应用于高亮度蓝-绿发光二极管，蓝光激光器以及紫外探测器等领域。当GaN和β-Ga2O3两者结合形成异质结时，在界面处形成能带排列，使载流子在界面处发生快速分离，在光电器件领域具有广泛的应用。
氧化镓/氮化镓异质结结构的制备主要有液相法、磁控溅射法和化学气相沉积法等。化学气相沉积法，是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态淀积物的过程。化学气相法具有装置简单，所用原料成本低，容易实现大规模工业化生产等优越性。
如何研发制备一种具有高响应度的广谱探测能力光电探测器，是值得进一步探究研发解决的一项问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好、具有高响应度的广谱探测能力和零功耗特性的光电探测器及其制备方法。
本发明的技术方案为：基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其特征在于，包括ITO透明导电玻璃，位于ITO透明导电玻璃上的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列，镶嵌于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间和位于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶，分别位于(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶和ITO透明导电玻璃上的Au薄膜电极；所述(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的x＝0.2～0.8。
作为优选，还包括位于ITO透明导电玻璃和β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间的掺镍氧化镓籽晶层；所述的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列垂直于ITO透明导电玻璃。
具体地，所述掺镍氧化镓籽晶层作为生长氧化镓纳米片阵列的催化剂。
进一步地，所述的ITO透明导电玻璃作为制备β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的衬底，并作为光电探测器件的阴极，在光照下收集电子，Au薄膜电极则作为阳极。
具体地，所述的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列是由若干β-Ga2O3/GaN异质结纳米片构成，所述β-Ga2O3/GaN异质结纳米片是由β-Ga2O3纳米片作为内核、环绕于β-Ga2O3纳米片外侧的GaN外壳构成；所述β-Ga2O3/GaN异质结纳米片的厚度为50～200nm。
具体地，所述的位于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的厚度为500～1000nm。
本发明还包括基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，ITO透明导电玻璃预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并真空干燥；
步骤二，籽晶层溶液的配制：以乙醇胺、异丙醇镓、硝酸镍、乙二醇甲醚为前驱体，所述异丙醇镓和硝酸镍的质量比为4:1，于60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液，；
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤二的掺镍氧化镓籽晶层溶液旋涂于步骤一处理后的ITO透明导电玻璃上，并烘干，使得ITO透明导电玻璃上形成一层掺镍氧化镓籽晶层；
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.2～0.5mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用；
步骤五，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的制备：在真空条件下，H2O2水蒸气氛围中，将步骤四所得的样品于700～750℃煅烧1～2小时；停止通入H2O2水蒸气，在流量比为3:1的NH3和H2混合气体氛围下，于750～850℃保温20-30分钟，ITO透明导电玻璃上形成β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列；
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：以γ-丁内酯、PbI2和NH4I为前驱体，在40℃搅拌溶解，形成混合溶液一，将混合溶液一旋凃至步骤五获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取γ-丁内酯、PbI2、NH4I和CH3CH2NH3I为前驱体，于40℃搅拌溶解，形成混合溶液二；将所述NH4PbI3籽晶层置于混合溶液二中，密封条件下，于90～100℃条件下反应，3～6小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构；
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO透明导电玻璃上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极。
作为优选，所述步骤三的旋涂的转速为3000r/min，旋涂时间为15秒；所述烘干为在300℃保温30min，并在500℃保温60min。
作为优选，所述步骤五的H2O2水蒸气的产生速度为1～2g/分，所述真空条件下，H2O2水蒸气氛围中，将步骤四所得的样品于700～750℃煅烧的升温速率为20℃/分。
具体地，所述步骤四的镓金属层为，镓金属于90～100℃，形成液体镓金属旋涂于掺镍氧化镓籽晶层上。
优选地，所述步骤六中，形成混合溶液一的前驱体PbI2和NH4I的摩尔比为1:1；形成混合溶液二的前驱体NH4I和CH3CH2NH3I的总摩尔量与PbI2的摩尔比为1:1。
本发明的有益效果：
(1)本发明的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，为一种β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列与立方相钙钛矿(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶复合结构的新型光电探测器件，通过在β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方生长钙钛矿(NH4)x(CH3CH2NH3)1- xPbI3单晶，形成有机-无机多异质结结构光电探测器，将光谱响应范围由深紫外拓展至近红外区域(780nm)，实现了深紫外到近红外的广谱光探测性能。
(2)本发明的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，性能稳定，反应灵敏，暗电流小，具有高响应度的广谱光电探测能力和零功耗特性。
(3)本发明的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列分布均匀，纳米片的厚度为50～200nm时，性能更佳。
(4)本发明的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备，利用化学气相沉积法制备β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列，方法简单，制备的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列分布均匀，纳米片的厚度可控。
附图说明
图1是基于有机-无机多异质结纳米阵列广谱光电探测器的结构示意图；
图2是管式炉中制备β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的示意图；
图3是β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的SEM照片；
图4是(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的XRD图谱；
图5是在不同波长光照下测得基于有机-无机多异质结纳米阵列广谱光电探测器的I-t曲线图。
其中，1—ITO透明导电玻璃，2—掺镍氧化镓籽晶层，3—β-Ga2O3纳米片，4—GaN，5—(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶，6—(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的透视图，7—Au薄膜电极，8—NH3进气口，9—H2进气口，10—管式炉，11—氧化铝舟，12—Ga/掺镍Ga2O3/ITO片，13—加湿器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的解释。
实施例1
基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，ITO衬底预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，并真空干燥。
步骤二，籽晶层溶液的配制：取0.03mL乙醇胺、0.16g的异丙醇镓、0.04g硝酸镍、10mL的乙二醇甲醚分别加入15mL的烧杯中，60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液，置于冰箱中备用。
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤一处理后的ITO导电玻璃衬底固定于匀胶-烘胶机的匀胶样品台上，滴入0.5mL将步骤二的掺镍Ga2O3籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒；在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min。
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.2mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用。
步骤五，如图2所示，将步骤四所得的Ga/掺镍Ga2O3/ITO片样品12置于氧化铝舟11，并于管式炉10中，管式炉10两端各加一块耐火砖，封盖。在管式炉10的一侧安装一加湿器13，并装入H2O2，用于产生H2O2水蒸气。启动机械泵进行抽真空，使管式炉10内气压达到-0.1MPa，关阀。启动管式炉10，升温至750℃，升温速率为20℃/分，打开加湿器13，调节水蒸气产生的速率为1g/分，并通入管式炉10内，保温2小时。关闭加湿器阀门，如图2所示的NH3进气口8和H2进气口9，分别通入NH3和H2，使得通入流量比为3:1的NH3和H2混合气体，并将管式炉10快速升温至800℃，保温20分钟，最后，关闭管式炉10，自然降温到室温，取出衬底，衬底上所得产物为β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列。
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：取1mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.1mmol PbI2和0.1mmolNH4I，加热至40℃，搅拌使其充分溶解，将该溶液旋凃至步骤五中获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取5mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.5mmol PbI2、总摩尔量为0.5mmol的NH4I和CH3CH2NH3I，加热烧杯至40℃，并搅拌使其充分溶解；将上述的NH4PbI3籽晶层置于烧杯中，用密封胶密封烧杯，加热烧杯至90℃进行反应，保温4小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构。
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极，形成基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其结构如图1所示。
将步骤五得到β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列在扫描电镜中观察，如图3所示，纳米片生长均匀，厚度为50～200nm。在β-Ga2O3纳米片的形成过程中，H2O2水蒸气在高温下分解出氧气和水蒸气，在镍催化剂的作用下，镓金属在氧化镓籽晶层表面缓慢氧化形成β-Ga2O3纳米片阵列。图4是步骤六中获得的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的XRD图谱，由图可知，NH4PbI3籽晶层和CH3CH2NH3PbI3在室温下都是四方相，而将有机阳离子进行掺杂后发现(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶为立方相钙钛矿结构。图5为本发明方法在不同波长光照下测得基于有机-无机多异质结纳米阵列广谱光电探测器的I-t曲线图。从图中可以看出，在不加电压下(0伏特)控制254nm、365nm、460nm、532nm和780nm不同波长灯的开关，电流瞬时发生变化，开关比达到150，表明该光电探测器对深紫外区至近红外区光谱均有响应，灵敏度高，而且随着波长的增大，其光电响应电流逐渐变大，具有零功耗和高响应度的广谱光探测能力，有望在高性能夜视、工业生产监视和广谱光探测领域得到广泛应用。
实施例2
基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，ITO衬底预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，并真空干燥。
步骤二，籽晶层溶液的配制：取0.03mL乙醇胺、0.16g的异丙醇镓、0.04g硝酸镍、10mL的乙二醇甲醚分别加入15mL的烧杯中，60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液，置于冰箱中备用。
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤一处理后的ITO导电玻璃衬底固定于匀胶-烘胶机的匀胶样品台上，滴入0.5mL将步骤二的掺镍Ga2O3籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒；在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min。
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.3mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用。
步骤五，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的制备：将步骤四所得的样品置于管式炉中，管式炉两端各加一块耐火砖，封盖。在管式炉的一侧安装一加湿器，并装入H2O2，用于产生H2O2水蒸气。启动机械泵进行抽真空，使管式炉内气压达到-0.1MPa，关阀。启动管式炉，升温至720℃，升温速率为20℃/分，打开加湿器，调节水蒸气产生的速率为1.5g/分，并通入管式炉内，保温1小时。关闭加湿器阀门，通入流量比为3:1的NH3和H2混合气体，并将管式炉快速升温至800℃，保温20分钟，最后，关闭管式炉，自然降温到室温，取出衬底，ITO透明导电玻璃上形成β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列。
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：取1mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.1mmol PbI2和0.1mmolNH4I，加热至40℃，搅拌使其充分溶解，将该溶液旋凃至步骤五中获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取5mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.5mmol PbI2、总摩尔量为0.5mmol的NH4I和CH3CH2NH3I，加热烧杯至40℃，并搅拌使其充分溶解；将上述的NH4PbI3籽晶层置于烧杯中，用密封胶密封烧杯，加热烧杯至95℃进行反应，保温3小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构。
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极，形成基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其结构如图1所示。
实施例3
基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，ITO衬底预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，并真空干燥。
步骤二，籽晶层溶液的配制：取0.03mL乙醇胺、0.16g的异丙醇镓、0.04g硝酸镍、10mL的乙二醇甲醚分别加入15mL的烧杯中，60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液，置于冰箱中备用。
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤一处理后的ITO导电玻璃衬底固定于匀胶-烘胶机的匀胶样品台上，滴入1.5mL将步骤二的掺镍Ga2O3籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒；在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min。
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.4mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用。
步骤五，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的制备：将步骤四所得的样品置于管式炉中，管式炉两端各加一块耐火砖，封盖。在管式炉的一侧安装一加湿器，并装入H2O2，用于产生H2O2水蒸气。启动机械泵进行抽真空，使管式炉内气压达到-0.1MPa，关阀。启动管式炉，升温至700℃，升温速率为20℃/分，打开加湿器，调节水蒸气产生的速率为1g/分，并通入管式炉内，保温1小时。关闭加湿器阀门，通入流量比为3:1的NH3和H2混合气体，并将管式炉快速升温至830℃，保温30分钟，最后，关闭管式炉，自然降温到室温，取出衬底，ITO透明导电玻璃上形成β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列。
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：取1mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.1mmol PbI2和0.1mmolNH4I，加热至40℃，搅拌使其充分溶解，将该溶液旋凃至步骤五中获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取5mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.5mmol PbI2、总摩尔量为0.5mmol的NH4I和CH3CH2NH3I，加热烧杯至40℃，并搅拌使其充分溶解；将上述的NH4PbI3籽晶层置于烧杯中，用密封胶密封烧杯，加热烧杯至90℃进行反应，保温4小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构。
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极，形成基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其结构如图1所示。
实施例4
基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，ITO衬底预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并真空干燥。
步骤二，籽晶层溶液的配制：取0.03mL乙醇胺、0.16g的异丙醇镓、0.04g硝酸镍、10mL的乙二醇甲醚分别加入15mL的烧杯中，60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液，置于冰箱中备用。
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤一处理后的ITO导电玻璃衬底固定于匀胶-烘胶机的匀胶样品台上，滴入2mL将步骤二的掺镍Ga2O3籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒；在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min。
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.5mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用。
步骤五，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的制备：如图2所示，将步骤四所得的Ga/掺镍Ga2O3/ITO片样品12置于氧化铝舟11，并于管式炉10中，管式炉10两端各加一块耐火砖，封盖。在管式炉10的一侧安装一加湿器13，并装入H2O2，用于产生H2O2水蒸气。启动机械泵进行抽真空，使管式炉10内气压达到-0.1MPa，关阀。启动管式炉10，升温至700℃，升温速率为20℃/分，打开加湿器13，调节水蒸气产生的速率为1.5g/分，并通入管式炉10内，保温2小时。关闭加湿器阀门，如图2所示的NH3进气口8和H2进气口9，分别通入NH3和H2，使得通入流量比为3:1的NH3和H2混合气体，并将管式炉10快速升温至850℃，保温25分钟，最后，关闭管式炉10，自然降温到室温，取出衬底，衬底上所得产物为β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列。
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：取1mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.1mmol PbI2和0.1mmol NH4I，加热至40℃，搅拌使其充分溶解，将该溶液旋凃至步骤五中获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取5mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.5mmol PbI2、总摩尔量为0.5mmol的NH4I和CH3CH2NH3I，加热烧杯至40℃，并搅拌使其充分溶解；将上述的NH4PbI3籽晶层置于烧杯中，用密封胶密封烧杯，加热烧杯至100℃进行反应，保温6小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构。
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极，形成基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其结构如图1所示。
实施例5
基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，ITO衬底预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并真空干燥。
步骤二，籽晶层溶液的配制：取0.03mL乙醇胺、0.16g的异丙醇镓、0.04g硝酸镍、10mL的乙二醇甲醚分别加入15mL的烧杯中，60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液，置于冰箱中备用。
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤一处理后的ITO导电玻璃衬底固定于匀胶-烘胶机的匀胶样品台上，滴入2mL将步骤二的掺镍Ga2O3籽晶层溶液，在转速为3000r/min的条件下，旋涂15秒；在烘胶机上烘干后，置于烘箱中300℃保温30min，再500℃保温60min。
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.5mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用。
步骤五，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的制备：如图2所示，将步骤四所得的Ga/掺镍Ga2O3/ITO片样品12置于氧化铝舟11，并于管式炉10中，管式炉10两端各加一块耐火砖，封盖。在管式炉10的一侧安装一加湿器13，并装入H2O2，用于产生H2O2水蒸气。启动机械泵进行抽真空，使管式炉10内气压达到-0.1MPa，关阀。启动管式炉10，升温至710℃，升温速率为20℃/分，打开加湿器13，调节水蒸气产生的速率为1.5g/分，并通入管式炉10内，保温1小时。关闭加湿器阀门，如图2所示的NH3进气口8和H2进气口9，分别通入NH3和H2，使得通入流量比为3:1的NH3和H2混合气体，并将管式炉10快速升温至750℃，保温20分钟，最后，关闭管式炉10，自然降温到室温，取出衬底，衬底上所得产物为β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列。
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：取1mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.1mmol PbI2和0.1mmolNH4I，加热至40℃，搅拌使其充分溶解，将该溶液旋凃至步骤五中获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取5mlγ-丁内酯放置烧杯中，加入0.5mmol PbI2、总摩尔量为0.5mmol的NH4I和CH3CH2NH3I，加热烧杯至40℃，并搅拌使其充分溶解；将上述的NH4PbI3籽晶层置于烧杯中，用密封胶密封烧杯，加热烧杯至100℃进行反应，保温6小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构。
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极，形成基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其结构如图1所示。
实施例6
基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，如图1所示，包括ITO透明导电玻璃1，位于ITO透明导电玻璃1上的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列，镶嵌于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间和位于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶5，分别位于(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶5和ITO透明导电玻璃1上的Au薄膜电极7；所述(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶5的x＝0.2～0.8。
进一步地，还包括位于ITO透明导电玻璃1和β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间的掺镍氧化镓籽晶层2；所述的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列垂直于ITO透明导电玻璃1。
具体地，所述的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列是由若干β-Ga2O3/GaN异质结纳米片构成，所述β-Ga2O3/GaN异质结纳米片是由β-Ga2O3纳米片3作为内核、环绕于β-Ga2O3纳米片3外侧的GaN4外壳构成；所述β-Ga2O3/GaN异质结纳米片的厚度为50～200nm。
具体地，所述的位于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的厚度为500～1000nm。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上、在本发明的方法和原则之内，所作的任何修改等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其特征在于，包括ITO透明导电玻璃，位于ITO透明导电玻璃上的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列，镶嵌于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间和位于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶，分别位于(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶和ITO透明导电玻璃上的Au薄膜电极；所述(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的x＝0.2～0.8。
2.根据权利要求1所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其特征在于，还包括位于ITO透明导电玻璃和β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列之间的掺镍氧化镓籽晶层；所述的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列垂直于ITO透明导电玻璃。
3.根据权利要求1或2所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其特征在于，所述的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列是由若干β-Ga2O3/GaN异质结纳米片构成，所述β-Ga2O3/GaN异质结纳米片是由β-Ga2O3纳米片作为内核、环绕于β-Ga2O3纳米片外侧的GaN外壳构成；所述β-Ga2O3/GaN异质结纳米片的厚度为50～200nm。
4.根据权利要求3所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器，其特征在于，所述的位于β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上的(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3单晶的厚度为500～1000nm。
5.基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，ITO透明导电玻璃预处理：分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并真空干燥；
步骤二，籽晶层溶液的配制：以乙醇胺、异丙醇镓、硝酸镍、乙二醇甲醚为前驱体，所述异丙醇镓和硝酸镍的质量比为4:1，于60℃水浴加热60min，形成掺镍氧化镓籽晶层溶液；
步骤三，掺杂镍氧化镓籽晶层的制备：将步骤二的掺镍氧化镓籽晶层溶液旋涂于步骤一处理后的ITO透明导电玻璃上，并烘干，使得ITO透明导电玻璃上形成一层掺镍氧化镓籽晶层；
步骤四，镓金属层的制备：在步骤三处理后的掺镍氧化镓籽晶层上面旋凃一层厚度为0.2～0.5mm的镓金属层，冷却后置于冰箱中备用；
步骤五，β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列的制备：在真空条件下，H2O2水蒸气氛围中，将步骤四所得的样品于700～750℃煅烧1～2小时；停止通入H2O2水蒸气，在流量比为3:1的NH3和H2混合气体氛围下，于750～850℃保温20-30分钟，ITO透明导电玻璃上形成β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列；
步骤六，β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构的制备：以γ-丁内酯、PbI2和NH4I为前驱体，在40℃搅拌溶解，形成混合溶液一，将混合溶液一旋凃至步骤五获得的β-Ga2O3/GaN异质结纳米片阵列上方，并在旋涂机上100℃保温2小时后获得NH4PbI3籽晶层，备用；另取γ-丁内酯、PbI2、NH4I和CH3CH2NH3I为前驱体，于40℃搅拌溶解，形成混合溶液二；将所述NH4PbI3籽晶层置于混合溶液二中，密封条件下，于90～100℃条件下反应，3～6小时，获得β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列结构；
步骤七，器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术分别在β-Ga2O3/GaN/(NH4)x(CH3CH2NH3)1-xPbI3有机-无机多异质结纳米片阵列和ITO透明导电玻璃上面沉积一层Au薄膜电极作为测量电极。
6.根据权利要求5所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤三的旋涂的转速为3000r/min，旋涂时间为15秒；所述烘干为在300℃保温30min，并在500℃保温60min。
7.根据权利要求5或6所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤五的H2O2水蒸气的产生速度为1～2g/分，所述真空条件下，H2O2水蒸气氛围中，将步骤四所得的样品于700～750℃煅烧的升温速率为20℃/分。
8.根据权利要求5所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤四的镓金属层为，镓金属于90～100℃，形成液体镓金属旋涂于掺镍氧化镓籽晶层上。
9.根据权利要求5或6或8所述的基于有机-无机多异质结纳米阵列的广谱光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，形成混合溶液一的前驱体PbI2和NH4I的摩尔比为1:1；形成混合溶液二的前驱体NH4I和CH3CH2NH3I的总摩尔量与PbI2的摩尔比为1:1。
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