本發(fā)明屬于新材料制備及光電探測器，具體涉及一種以類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜作為主要吸光層的pin型紫外光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，紫外線（uv）在集成電路、空間觀測、紫外通信、環(huán)境監(jiān)測、水凈化、生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍。為了滿足紫外線在各種場景下的使用，紫外探測技術(shù)的快速發(fā)展至關(guān)重要。在過去幾十年里，商用硅基光電探測器發(fā)展迅速，但由于硅的帶隙寬度相對較窄，硅基探測器對光譜的最佳響應(yīng)在可見和近紅外區(qū)，而對紫外波段的響應(yīng)靈敏度較低。因此需要加裝濾光片來降低可見光和紅外輻射對紫外探測的干擾，導(dǎo)致探測器整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。

2、鈣鈦礦具有優(yōu)異的光電特性且?guī)犊烧{(diào)，使其在發(fā)光二極管（led）、太陽能電池、探測器等領(lǐng)域有著廣闊前景。銫鉛氯（cspbcl3）和甲基胺鉛氯（ch3nh3pbcl3）已用于紫外探測，但傳統(tǒng)鉛基鈣鈦礦具有毒性，對人體和環(huán)境的潛在危險(xiǎn)不符合綠色安全的發(fā)展路線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器及其制備方法。該探測器使用非鉛基的類鈣鈦礦作為光吸收層，同時(shí)在光吸收層兩面分別制備空穴傳輸層和電子傳輸層構(gòu)成pin結(jié)。為了方便與外電路進(jìn)行電氣連接，還需在空穴傳輸層和電子傳輸層兩側(cè)分別制備電極，這樣就構(gòu)成了完整的pin型紫外光電探測器。具體的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、其一，本發(fā)明提供的一種基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器，包括gan襯底、光吸收層、空穴傳輸層，所述gan襯底包括gan層和藍(lán)寶石層（al2o3），gan層作為電子傳輸層，藍(lán)寶石層作為基底層，所述gan層和空穴傳輸層分別連接有電極；所述光吸收層為非鉛基類鈣鈦礦，優(yōu)選使用銫銀碘（csag2i3）多晶薄膜作為光吸收層；gan電子傳輸層為n型半導(dǎo)體，并且與光吸收層材料的能帶結(jié)構(gòu)相匹配；所述空穴傳輸層為亞銅鹽，包括碘化亞銅（cui）、溴化亞銅（cubr）、硫氰酸亞銅（cuscn）中的至少一種，空穴傳輸層厚度30～100?nm為佳。所述的空穴傳輸層為p型半導(dǎo)體，并且與光吸收層材料的能帶結(jié)構(gòu)相匹配。本發(fā)明的gan襯底可直接采用商用gan襯底即藍(lán)寶石襯底的gan。

3、所述電極包括電極一和電極二，電極一與空穴傳輸層接觸連接，電極二與電子傳輸層接觸連接。所述的電極不僅要求性狀穩(wěn)定，導(dǎo)電性好，還要求與接觸材料形成歐姆接觸，具體的，電極一與空穴傳輸層接觸，應(yīng)使用高功函數(shù)的材料，如金（au）、鎳（ni）、碳（c）等，電極二與電子傳輸層接觸，應(yīng)使用低功函數(shù)的材料，如銦（in）、鎵（ga）、銦鎵合金（inga）等；

4、其二，本發(fā)明還提供了所述基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器的制備方法，其包括電子傳輸層或襯底的制備、光吸收層的制備、空穴傳輸層的制備、電極的制備。

5、優(yōu)選的，所述電子傳輸層或襯底的制備包括gan襯底清洗；電極位置預(yù)留；親水處理。

6、優(yōu)選的，所述光吸收層的制備包括csag2i3前驅(qū)體溶液的準(zhǔn)備；旋涂；階梯退火。csag2i3前驅(qū)體溶液濃度優(yōu)選0.8-2mol/l尤以0.8-1.2mol/l為佳。

7、優(yōu)選的，所述空穴傳輸層的制備是使用熱蒸發(fā)的方式真空蒸鍍沉積亞銅鹽。

8、優(yōu)選的，所述電極的制備包括在空穴傳輸層上使用熱蒸發(fā)的方式沉積?60～100nm的電極一以及在gan襯底上電極預(yù)留區(qū)使用熱蒸發(fā)或者刮涂的方式制備電極二。

9、其三，本發(fā)明所述的光電探測器可以在紫外光探測中應(yīng)用。i-v特性顯示本發(fā)明的基于類鈣鈦礦的pin型紫外光電探測器具有明顯的整流特性，表明pin結(jié)的形成，使得器件可以工作在自驅(qū)模式下。由于pin結(jié)形成的內(nèi)建電場降低了電子-空穴的復(fù)合，該器件具有低至10-11a級(jí)別的暗電流，非常有利于弱光探測，同時(shí)該探測器進(jìn)行1500次的循環(huán)測試，暗電流幾乎不變，光電流僅衰減3%，體現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

11、1.csag2i3多晶薄膜不含鉛，屬于無毒綠色材料；

12、2.csag2i3多晶薄膜具有較寬的直接帶隙（eg=?3.4ev），從而具有本征紫外響應(yīng)；

13、3.csag2i3多晶薄膜作為全無機(jī)材料，具有良好的穩(wěn)定性；

14、4.寬禁帶的空穴傳輸層和電子傳輸層與csag2i3多晶薄膜能帶匹配形成pin結(jié)使得器件無需外部供電即可工作。

技術(shù)特征：

1.一種基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器，其特征在于，從下至上依次包括gan襯底、光吸收層、空穴傳輸層，所述gan襯底包括gan層和藍(lán)寶石層，gan層作為電子傳輸層，藍(lán)寶石層作為基底層，所述gan層和空穴傳輸層分別連接有電極；所述光吸收層為非鉛基類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜；所述空穴傳輸層為亞銅鹽，包括碘化亞銅、溴化亞銅、硫氰酸亞銅中的至少一種；所述電極包括電極一和電極二，電極一與空穴傳輸層接觸連接，電極二與電子傳輸層接觸連接。

2.如權(quán)利要求1所述的基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器，其特征在于，所述電極一采用高功函數(shù)金屬材料，所述電極二采用低功函數(shù)金屬材料。

3.如權(quán)利要求1所述的基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器，其特征在于，所述電極一包括金、鎳、碳中的一種或者兩種以上的合金，所述電極二包括銦、鎵中的一種或者兩種以上的合金。

4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器的制備方法，其特征在于，包括gan襯底的預(yù)處理、光吸收層的制備、空穴傳輸層的制備、電極的制備。

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述gan襯底的預(yù)處理包括gan襯底清洗，電極位置預(yù)留，親水處理。

6.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述光吸收層的制備包括csag2i3前驅(qū)體溶液的準(zhǔn)備，旋涂，階梯退火。

7.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述空穴傳輸層的制備是使用熱蒸發(fā)的方式真空蒸鍍沉積亞銅鹽。

8.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述電極的制備包括在空穴傳輸層上使用熱蒸發(fā)的方式沉積?60～100?nm的電極一以及在gan襯底上電極預(yù)留區(qū)使用熱蒸發(fā)或者刮涂的方式制備電極二。

9.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于類鈣鈦礦csag2i3多晶薄膜的pin型紫外光電探測器在紫外光探測中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于類鈣鈦礦CsAg<subgt;2</subgt;I<subgt;3</subgt;多晶薄膜的pin型紫外光電探測器及其制備方法，屬于多晶薄膜新材料制備技術(shù)以及光電探測器技術(shù)領(lǐng)域。該探測器使用CsAg<subgt;2</subgt;I<subgt;3</subgt;多晶薄膜做光吸收層，在光吸收層兩側(cè)分別制備空穴傳輸層和電子傳輸層構(gòu)成pin結(jié)。本發(fā)明采用了非鉛基類鈣鈦礦CsAg<subgt;2</subgt;I<subgt;3</subgt;多晶薄膜作為主要光吸收層，具有本征紫外吸收和良好的穩(wěn)定性；寬禁帶的空穴傳輸層和電子傳輸層與CsAg<subgt;2</subgt;I<subgt;3</subgt;多晶薄膜能帶匹配形成pin結(jié)，pin結(jié)形成的內(nèi)建電場可以在無偏壓條件下使光生載流子分離，因此該器件可以工作在自驅(qū)動(dòng)模式。本發(fā)明對非鉛基鈣鈦礦紫外光電探測器的進(jìn)一步發(fā)展具有促進(jìn)作用。

技術(shù)研發(fā)人員：桂鵬彬,汪鑫,魏新建,宋杰軍,張亞鵬,王思亮,曾瑋,黃志祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19