一种基于PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件

摘要

本发明涉及一种紫外光电探测器件的制备方法，具体是指一种基于PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件的制备方法(PFH为聚9,9一二己基芴)。本发明是通过射频磁控溅射技术在透明导电玻璃ITO衬底上沉积一层n型SiC薄膜，然后利用旋涂机在该薄膜上旋涂一层p型PFH有机蓝光薄膜，最后利用掩膜版在PFH和SiC薄膜上沉积一层约100纳米厚的金薄膜作为电极使用。紫外光电探测器件的光电性能测试结果显示该器件具有很好的光电响应。本发明的优点是：本发明制备的光电器件性能稳定，反应灵敏，暗电流小，具有好的潜在应用；另外，该制备方法具有工艺可控性强，操作简单，普适性好等特点，具有很大的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外光电探测器件的制备方法，具体是指一种基于PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件的制备方法(PFH为聚9，9一二己基芴)。

技术背景

紫外探测技术在军事和民用领域均有广泛的应用，它可用于化学和生物分析，火焰检测高压线电晕探测，制导，大气环境质量监测，紫外光通讯，灾害天气预报，天际通信，发光体校准和天文研究等。目前，已商业化的半导体紫外探测器主要是基于宽禁带半导体无机材料，如SiC、GaN和ZnO等。

近年来，随着有机半导体材料的发展，研究人员对其在紫外探测中的应用也进行了一些探索。基于有机半导体的紫外光探测器因其材料选择范围广、制作工艺简单、质量轻、便于携带、成本低等优点引起了人们极大关注，并且得到了迅速的发展。但是相对无机半导体而言，有机半导体的电子迁移率低，稳定性较差，在空气中易受水、氧等因素影响。因此，有机/无机半导体异质结正是顺应这样的发展需求，充分利用有机组分优异的加工性能和无机组分高效的载流子迁移能力的优点，引起了国内外学者的极大兴趣和广泛关注。目前，一种基于PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件的制备方法还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、探测能力强的基于PFH/n-SiC异质结构的紫外光电探测器件及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种基于PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件，由p型有机蓝光半导体材料聚9，9一二己基芴、n型碳化硅、氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃以及金电极组成(如图1)。

所述的PFH/n-SiC异质结构为p型PFH旋涂在n型SiC薄膜上，制成有机-无机半导体异质结构。

所述的ITO透明导电玻璃作为制备n型SiC薄膜的衬底，并作为紫外光电探测器件的阴极，在光照下收集电子。所述的金电极则作为阳极。

所述一种基于PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件的制备方法，采用微纳米加工技术，步骤如下：

1)ITO衬底预处理：将ITO透明导电玻璃片放入V(HF)∶V(H₂O₂)＝1∶5的溶液中浸泡以去除自然氧化层，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥；

2)放置靶材和衬底：把n型SiC靶材放置在射频磁控溅射系统的靶台位置，用挡板遮住步骤1)处理后的ITO衬底一半，将ITO衬底固定在样品托上，放进真空腔；

3)薄膜沉积过程：在磁控溅射系统沉积过程中，先将腔体抽真空，加热ITO衬底，通入氩气，调整真空腔内的压强；其中，SiC靶材与ITO衬底的距离设定为3-6厘米，溅射功率为150-170W，沉积时间为2-6小时；然后将SiC薄膜转移到高温炉中退火4-6小时，退火温度为1200-1400℃；

4)PFH/n-SiC异质结构的制备：先将PFH溶解在氯仿中，制成溶液，然后将配好的溶液旋涂在步骤3)制备好的n型SiC薄膜上，制成有机/无机半导体异质结；

5)器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在PFH/n-SiC异质结构上面沉积一层金薄膜作为测量电极。

优选的，所述的步骤3)中，ITO衬底的加热温度为25-100℃，腔体抽真空后的电离度为1.0×10^-4Pa，真空腔调整后的压强为0.5-6Pa，SiC靶材与ITO衬底的距离设定为4厘米，溅射功率为150-170w，沉积时间为3-5小时，退火时间为4-6小时，退火温度为1300-1400℃。

更进一步优选的，所述的步骤3)中，ITO衬底的加热温度为25℃，真空腔调整后的压强为0.8-1.2Pa。

对构建的PFH/n-SiC有机-无机异质结构光电器件进行光电学性能测试是将探针点在两个电极上，电极之间加电压0.5-4伏特，测得PFH/n-SiC异质结的I-t特性曲线，通过控制紫外光(365nm)照射的开关发现器件具有良好的光电响应。

作为优选，上述光电学性能测试中电极之间加电压0.5伏特效果最好。

本发明的优点：

1、本发明制备过程中，所制备的PFH/n-SiC有机-无机异质结构具有优良的光电特性；

2、本发明制备的光电器件性能稳定，反应灵敏，暗电流小，具有好的潜在应用；

3、本发明采用微纳米加工技术制备PFH/n-SiC有机-无机异质结构的紫外光电探测器件，工艺可控性强，操作简单，且重复测试具有可恢复性。

附图说明

图1是本发明方法设计的PFH/n-SiC异质结构紫外光电探测器件的示意图。

图2是用本发明方法制得的SiC薄膜的X射线衍射(XRD)谱图。

图3是用本发明方法制得的SiC薄膜的原子力显微镜(AFM)照片。

图4是用本发明方法制得的SiC薄膜的紫外可见光吸收光谱图。

图5是用本发明方法测得PFH/n-SiC异质结构的电极电压为2V的V-I曲线图。图6是用本发明方法测得PFH/n-SiC异质结构的电极电压为0.5V的I-t曲线图。

具体实施方式

以下结合实例进一步说明本发明。

实施例1

步骤如下：

(1)将ITO透明导电玻璃片放入V(HF)∶V(H₂O₂)＝1∶5的溶液中浸泡15秒(去除自然氧化层)，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗15分钟，并真空干燥。

(2)把纯度为99.9％的n型SiC靶材放置在射频磁控溅射系统的靶台位置，将ITO衬底(用挡板遮住一半)固定在样品托上，放进真空腔，SiC靶材与ITO衬底的距离设定为4厘米。

(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强1.0Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为160w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为4小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1300℃退火4小时，自然冷却。将所得薄膜放进X射线衍射仪中扫描，结果如图2中XRD谱图所示，显示了n型SiC的(111)，(200)，(220)，(311)，(222)特征晶面衍射峰，与标准PDF卡片中3C-SiC(JCPDS no.29-1129)相匹配，2θ值为33.74°所对应的是由于原子层错排形成的堆垛层错引起的超结构衍射峰。

(4)设置旋涂机的转速为2000转/min，将PFH溶解在氯仿中，制成溶液，旋涂在步骤(3)制备好的n型SiC薄膜上，制成有机/无机半导体异质结，并在80℃下原位烘干。将PFH/n-SiC异质结构在原子力显微镜下观察(如图3)，发现薄膜表面较平整，薄膜的粗糙度为1.24。把PFH/n-SiC异质结构放进紫外可见光分析仪中进行测量，所得的紫外吸收光谱如图4所示，表明所得PFH/n-SiC异质结构件在紫外区域有很强的吸收，并且PFH和SiC薄膜均在365nm附近有吸收。

(5)将掩膜版覆盖在PFH/n-SiC异质结构上面，并通过射频磁控溅射技术沉积一层约100nm厚的金薄膜作为测量电极。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，测量示意图如图1，其V-I和I-t曲线如图5和图6所示。图5的V-I曲线中出现了明显的整流效应。当外加电压为2伏特并在365nm紫外光的照射下，整流比的增量很大。图6中的I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。

实施例2

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强1.2Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为160w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为3小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1300℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例3

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强1.2Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为150w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为5小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1350℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例4

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强1.2Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为170w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为3小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1400℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例5

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强0.8Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为170w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为3小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1300℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例6

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强0.8Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为160w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为5小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1400℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例7

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强0.8Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为150w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为5小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1400℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例8

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强1.0Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为170w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为3小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1400℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。

实施例9

步骤(1)、(2)、(4)和(5)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在1.0×10-4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强1.0Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为150w，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为5小时，结束后关闭射频功率源。取出薄膜样品并将其转移到高温炉中1350℃退火4小时，自然冷却。

(6)在PFH/n-SiC异质结构电极两端施加电压进行光电性能测量，V-I测量所施加最大电压为2伏特，I-t曲线是在0.5伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。