CN109904278A - 一种光电探测器及制备方法 - Google Patents

一种光电探测器及制备方法 Download PDF

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翁嘉鑫
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Abstract

本发明公开了一种光电探测器及制备方法，本发明的光电探测器从下到上依次为衬底层、电极层、NiO:Cu薄膜、光敏层、n型导电层、电极；所述的NiO:Cu薄膜中的Cu摩尔含量在1‑20％，NiO:Cu薄膜中的薄膜厚度为5‑40纳米。本发明中采用Cu掺杂的NiO薄膜其在载流子迁移率有5个数量级的提高，同时Cu的引入使NiO薄膜带隙减小，更有利于光敏层中的载流子对外传输。进一步，Cu掺杂的NiO薄膜因其极高的载流子迁移率，保证了其可以做的很薄，根本上减少p型层对光的吸收，增加器件整体的光电响应能力。

Description

一种光电探测器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种光电探测器及制备方法。具体涉及一种基于铜(Cu)掺杂氧化镍(NiO)薄膜作为p-型层的光电探测器制备。
背景技术
二极管型光电探测器结构基本组成为p-i-n型材料搭配组成，因此稳定、高效的功能层材料是制备高光电响应能力的探测器的核心关键。目前，主流的 p-型材料主要以掺杂的硅组成，但是硅由于其本征性能的限制很难兼容柔性、透明器件。另一类主流的p-型材料主要基于有机材料，例如TPD、PEDOT:PSS、PVK、TFB等，但是这类有机p-型材料其稳定性是最大的限制，室外工作稳定性较差。NiO作为无机p-型材料的典型代表，在之前的光电探测器研究中一度引起研究者的极大关注，但是本征的NiO薄膜其载流子迁移率极低(<10-5cm2V- 1s-1) 导致器件的整体性能较差。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于Cu掺杂的无机NiO薄膜作为 p-型层的光电探测器，可以整体提高器件的稳定性及光电响应能力；具体为提出了一种光电探测器及制备方法。
一种光电探测器，从下到上依次为衬底层、电极层、NiO:Cu薄膜、光敏层、n型导电层、电极；所述的NiO:Cu薄膜中的Cu摩尔含量在1-20％，NiO:Cu 薄膜中的薄膜厚度为5-40纳米。
作为优选，所述的NiO:Cu薄膜采用溅射、电镀、溶胶-凝胶或低温燃烧法获得。
作为优选，所述的衬底层为硅、石英片、玻璃片、蓝宝石或柔性PET基底。
一种光电探测器的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
选用含有电极的衬底层；即衬底层上设有电极层；在电极层上采用溅射方法，制备含1-20％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜，厚度为5-40纳米，得到NiO:Cu 薄膜。进一步在NiO:Cu薄膜上旋涂CdSe量子点作为光敏层，热处理温度为80 度；再旋涂ZnO纳米颗粒作为n型导电层，热处理温度为120度，最后蒸镀金电极，厚度为50纳米。
本发明中采用Cu掺杂的NiO薄膜其在载流子迁移率有5个数量级的提高，同时Cu的引入使NiO薄膜带隙减小，更有利于光敏层中的载流子对外传输。进一步，Cu掺杂的NiO薄膜因其极高的载流子迁移率，保证了其可以做的很薄，根本上减少p型层对光的吸收，增加器件整体的光电响应能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种光电探测器，从下到上依次为衬底层6、电极层5、 NiO:Cu薄膜4、光敏层3、n型导电层2、电极1；所述的NiO:Cu薄膜中的 Cu摩尔含量在1-20％，NiO:Cu薄膜中的薄膜厚度为5-40纳米。
实施例1：
选用含有ITO电极的玻璃基底作为衬底层，然后在其上采用溅射方法，制备含5％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜，厚度为10纳米。进一步在其上以此旋涂CdSe量子点作为光敏层，热处理温度为80度；ZnO纳米颗粒作为n型导电层，热处理温度为120度，进一步蒸镀金电极，厚度为50纳米。
其中10纳米的5％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜其载流子迁移率为0.1 cm2V-1s-1。制备的光电探测器光电响应率达到103A.W-1,响应时间小于0.5ms。
实施例2：
选用含有ITO电极的PET基底作为衬底层，然后在其上采用溅射方法，制备含10％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜，厚度为10纳米。进一步在其上以此旋涂CdSe量子点作为光敏层，热处理温度为80度；ZnO纳米颗粒作为n型导电层，热处理温度为120度，进一步蒸镀金电极，厚度为50纳米。
其中10纳米的10％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜其载流子迁移率为10 cm2V-1s-1。制备的光电探测器光电响应率达到104A.W-1,响应时间小于0.5ms。
实施例3：
选用含有ITO电极的玻璃基底作为衬底层，然后在其上采用溶胶-凝胶法，制备含10％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜，厚度为10纳米。进一步在其上以此旋涂CdSe量子点作为光敏层，热处理温度为80度；ZnO纳米颗粒作为n型导电层，热处理温度为120度，进一步蒸镀金电极，厚度为50纳米。
其中10纳米的10％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜其载流子迁移率为6 cm2V-1s-1。制备的光电探测器光电响应率达到5*103A.W-1,响应时间小于0.5ms。

Claims (4)

1.一种光电探测器，其特征在于：从下到上依次为衬底层、电极层、NiO:Cu薄膜、光敏层、n型导电层、电极；所述的NiO:Cu薄膜中的Cu摩尔含量在1-20％，NiO:Cu薄膜中的薄膜厚度为5-40纳米。
2.根据权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于：所述的NiO:Cu薄膜采用溅射、电镀、溶胶-凝胶或低温燃烧法获得。
3.根据权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于：所述的衬底层为硅、石英片、玻璃片、蓝宝石或柔性PET基底。
4.根据权利要求1所述的一种光电探测器的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
选用含有电极的衬底层；即衬底层上设有电极层；在电极层上采用溅射方法，制备含1-20％Cu原子的NiO:Cu氧化物薄膜，厚度为5-40纳米，得到NiO:Cu薄膜；进一步在NiO:Cu薄膜上旋涂CdSe量子点作为光敏层，热处理温度为80度；再旋涂ZnO纳米颗粒作为n型导电层，热处理温度为120度，最后蒸镀金电极，厚度为50纳米。
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