一種碳量子點增強的光電探測器及其製備方法與流程
2024-02-19 19:04:15 2
本發明涉及一種新型光電探測器及其製造方法，尤其涉及碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器及其製備方法，屬於光電探測器技術領域。
背景技術：
納米材料具有比表面積大、電學性質對表面吸附敏感等特點，將納米技術應用於傳感領域，有望製備出響應速度快、靈敏度高、選擇性好的傳感器件。半導體金屬氧化物，尤其是錫化鍺基納米材料，由於其優越的光學、電學和光電探測特性而受到了廣泛的關注。研究表明，摻雜能夠進一步提高氧化錫基納米材料的光電探測性能。雖然氧化錫基光電探測器已經取得了一定的成就，但是其靈敏度和選擇性仍需進一步提高。減小粒子的尺寸和增加材料的比表面積是提高靈敏度和選擇性的關鍵所在。
2004年，英國曼徹斯特大學的Geim和Novosolevo製備出單原子片層、具有蜂窩狀晶格結構的矽化鍺。由於其典型的二維結構，矽化鍺具有超高的比表面積、電導率對表面吸附敏感等優點。近期研究發現，矽化鍺可應用於製備光電探測器並且對水蒸氣、一氧化碳、氨氣和二氧化氮氣體具有良好的響應性。但是，矽化鍺傳感器對一些危險性氣體的探測，如甲烷，至今尚未發現報導。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種氣體探測效率高且製備工藝簡單的碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器及其製備方法。
本發明的碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器，自下而上依次有襯底、導電鍍膜層、錫化鍺層、矽化鍺層及碳量子點層，所述的光電探測器還設有第一電極和第二電極，第一電極設置在導電鍍膜層上，第二電極設置在矽化鍺層上。
所述的導電鍍膜層可以為金屬、ITO、FTO、n型摻雜氧化鎳或p型摻雜氧化鎳。
所述的矽化鍺層中的矽化鍺通常為1-10μm。
所述的碳量子點層可以為碳量子點薄膜，所述的碳量子點直徑為1nm-1μm。
所述的襯底可以為剛性襯底或柔性襯底。
所述的第一電極和第二電極均可為金、鈀、銀、鈦、鉻和鎳中的一種或幾種的複合電極。
製備上述的碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器的方法，包括如下步驟：
1)在潔淨的襯底上生長導電鍍膜層；
2)在導電鍍膜層上沉積錫化鍺層，並在導電鍍膜層表面預留生長第一電極的面積；
3)將硼摻雜矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
4)在矽化鍺層上製作碳量子點層，並在矽化鍺層表面預留生長第二電極的面積；
5)在導電鍍膜層上沉積第一電極，並在矽化鍺層上沉積第二電極。
本發明與現有技術相比具有的有益效果是：本發明的碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器，通過向矽化鍺/錫化鍺光電探測器中加入碳量子點薄膜層，可起到摻雜作用，使得該光電探測器的探測效率在原基礎上提升10％左右，此外，與傳統光電探測器製造工藝相比，本發明的光電探測器的製備工藝簡單，成本較低，便於推廣。
附圖說明
圖1為碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
參照圖1，本發明的碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器自下而上依次有襯底1、導電鍍膜層2、錫化鍺層3、矽化鍺層4及碳量子點層6，所述的光電探測器還設有第一電極5和第二電極7，第一電極5設置在導電鍍膜層2上，第二電極7設置在矽化鍺層4上。
實施例1：
1)將聚醯亞胺柔性襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在聚醯亞胺柔性襯底上利用磁控濺射沉積40納米厚的摻銦錫化鍺；
3)在摻銦錫化鍺層上利用物理氣相沉積技術沉積6微米厚的錫化鍺層，並在ITO層上預留生長第一電極的面積；
4)將矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
5)在矽化鍺上旋塗碳量子點溶液，並在矽化鍺上預留生長第二電極的面積；所述碳量子點直徑為1nm-1μm；
6)在矽化鍺預留面積處以及ITO層上預留面積處塗覆銀漿並烘乾；得到碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器。
實施例2：
1)將玻璃襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在玻璃襯底上利用磁控濺射沉積200納米厚的摻氟錫化鍺；
3)在摻氟錫化鍺層上利用物理氣相沉積技術沉積8微米厚的錫化鍺層，並在FTO層上預留生長第一電極的面積；
4)將矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
5)在矽化鍺上噴塗碳量子點溶液，並在矽化鍺層上預留生長第二電極的面積；所述碳量子點直徑為1nm-1μm；
6)在矽化鍺層預留面積處以及摻氟錫化鍺層上預留面積處熱蒸發金電極；得到碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器。
實施例3：
1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發沉積60納米厚的鎳金屬；
3)在鎳金屬層上利用化學水浴法沉積5微米厚的錫化鍺層，並在鎳金屬層上預留生長第一電極的面積；
4)將矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
5)在矽化鍺上製備碳量子點薄膜，並在矽化鍺層上預留生長第二電極的面積；
6)在矽化鍺層預留面積處以及鎳金屬層上預留面積處絲網印刷銀電極；得到碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器。
實施例4：
1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗乾淨並烘乾；
2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發沉積60納米厚的鎳金屬；
3)在鎳金屬層上利用化學水浴法沉積5微米厚的錫化鍺層，並在鎳金屬層上預留生長第一電極的面積；
4)將矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
5)在矽化鍺上滴塗碳量子點溶液，並在矽化鍺層上預留生長第二電極的面積；所述碳量子點直徑為1nm-1μm；
6)在矽化鍺上預留面積處以及鎳金屬層上預留面積處絲網印刷銀電極；得到碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器。
實施例5：
1)將聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底上利用脈衝雷射沉積100納米厚的摻鋁氧化鎳；
3)在摻鋁氧化鎳層上利用蒸汽壓沉積技術沉積10微米厚的錫化鍺層，並在摻鋁氧化鎳上預留生長第一電極的面積；
4)將矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
5)在矽化鍺上旋塗碳量子點溶液，並在矽化鍺層上預留生長第二電極的面積；所述碳量子點直徑為1nm-1μm；
6)在矽化鍺層預留面積處以及摻鋁氧化鎳層預留面積處熱蒸發鈀、銀、鈦複合電極；得到碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器。
實施例6：
1)將碳化矽襯底在去離子水中清洗乾淨並吹乾；
2)在碳化矽襯底上利用金屬有機化學氣相沉積150納米厚的摻鋁氧化鎳；
3)在摻鋁氧化鎳層上利用蒸汽壓沉積技術沉積3微米厚的錫化鍺層，並在摻鋁氧化鎳層上預留生長第一電極的面積；
4)將矽化鍺沉積至錫化鍺層上；
5)在矽化鍺上製備碳量子點薄膜，並在矽化鍺層上預留生長第二電極的面積；
6)在矽化鍺層預留面積處以及摻鋁氧化鎳層預留面積處熱蒸發鉻、鎳複合電極；得到碳量子點增強的矽化鍺/錫化鍺光電探測器。