專利名稱：一種具有紅外光生伏特效應(yīng)的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有光電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料，特別是將光敏染料化學(xué)鍵合在半導(dǎo)體硅的表面而制成的光敏染料/硅雙層結(jié)構(gòu)，它是具有紅外光生伏特效應(yīng)的半導(dǎo)體材料。
背景技術(shù)：
由半導(dǎo)體材料制成的各種光電器件，早已在許多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是，現(xiàn)有該類半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)換效率以及光譜響應(yīng)范圍等方面仍存在一些問題。為了解決上述問題，人們通過蒸鍍、表面涂層等物理方法將染料固定在半導(dǎo)體表面「-3」。如，F(xiàn)orrest等人已經(jīng)提出用真空沉積的方法將光敏染料沉積在單晶硅表面，染料和半導(dǎo)體界面存在有接觸壘「2，5」，研究了這種接觸壘二極管的輸運(yùn)特征，并指出這種器件可能有廣泛用途。將光敏染料通過化學(xué)鍵合于半導(dǎo)體表面是一種全新的方法和途徑。如，1984年P(guān)imentel等人首先提出了通過共價(jià)鍵將吸光染料固定在半導(dǎo)體表面的設(shè)想「4」，他認(rèn)為，用表面鍵合有吸光染料的半導(dǎo)體材料作為光電化學(xué)電池的電極，有可能“催化在液相中的最基本的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，防止電極的化學(xué)腐蝕，避免逆反應(yīng)的發(fā)生，以及使有效光譜范圍與太陽光譜相匹配”。有關(guān)通過光敏染料/硅雙層結(jié)構(gòu)將紅外線轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)至今未見報(bào)導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)「1」Borsenberger，P.M.，US Patent，4711831，1987-12-08.
「2」Forrest，S.R.et al.，Appl.Phys Lett.，1982，41(1)；90-93.
「3」Spitler，M T.et al.，Langmuir，1988，4(4)861-867.
「4」Pimentel，C.Chemical and Engineering News，1984，628-15.
「5」Fornest，S.R.et al.，J Appl.Phys.，1984，56(2)543-551發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有紅外光生伏特效應(yīng)的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)，使半導(dǎo)體材料領(lǐng)域增添一類新的具有紅外光生伏特效應(yīng)的新材料。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具有紅外光生伏特效應(yīng)的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)，其特征是，其結(jié)構(gòu)式為 分別代表 其中R1為H CH3C2H5CH3O C2H5O Cl Br I (CH3)2N HO 其中R2，R3為H CH3C2H5C3H7C6H5 其中R4，R5為H CH3C2H5C6H5CH3O C2H5O Cl BrI (CH3)2N HO 其中R6，R7為H CH3O C2H5O
其中R8為H CH3O C2H5O Cl HO 其中R9為H CH3C2H5C6H5Cl CH3O C2H5O HO 其中R10為H CH3C2H5 其中R11R12為H CH3C2H5C6H5Cl CH3O C2H5On＝1，2，3，4，5……正整數(shù) n＝1，2，3，4，5……正整數(shù)②G1，G2分別代表H CH3C2H5C3H7C4H9C6H5C6H5O CH3O
C6H5S C6H5NH Cl Br③n＝0，1；m＝0，1④L代表乙撐基取代乙撐基丙撐基 取代丙撐基⑤X-代表負(fù)離子⑥A代表CH2CHCH2OB代表CH2CHSi(OR’)2O R’為CH3、C2H5在AnBm中，n，m可均等于零，亦可n為零m為壹或者n為壹m為零⑦R代表烷基，取代烷基、烯基、取代烯基、炔基、取代炔基。
本發(fā)明人通過多年的系統(tǒng)研究，對光敏染料進(jìn)行了篩選，將多甲川菁染料通過化學(xué)方法直接共價(jià)鍵合在單晶硅、多晶硅或非晶硅表面，形成“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)，多甲川菁染料共價(jià)鍵合于半導(dǎo)體表面，能將吸收的光量子產(chǎn)生的載流子以直接注入或間接注入機(jī)制傳遞給半導(dǎo)體襯底，從而使半導(dǎo)體對近紅外光敏化，近而改善其光電性能。
經(jīng)發(fā)明人測試(已在相關(guān)文獻(xiàn)中公布該測試方法)，本發(fā)明的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)器件具有紅外光生伏特效應(yīng)。
本發(fā)明人在半導(dǎo)體表面化學(xué)鍵合多甲川菁染料制成的雙層結(jié)構(gòu)器件在理論及應(yīng)用上都有重要意義。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一將電阻率為5-8Ω.cm的單面拋光單晶硅片〔P-Si(111)〕切割成10mm×10mm樣片，經(jīng)清洗、干燥，與有關(guān)試劑進(jìn)行系列反應(yīng)〔半導(dǎo)體光電，1999，20(2)143〕得具有如下結(jié)構(gòu)的“光敏染料/P-Si”異質(zhì)結(jié)
將此異質(zhì)結(jié)制成夾層結(jié)構(gòu)In/光敏染料/P-Si，按照文獻(xiàn)[高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，1991，12(4)541]方法(下同)測定其表面光電壓，表面光電壓，1.2×104μv(λ980nm)。
實(shí)施例二將電阻率為5-9Ω.cm的單面拋光單晶硅片〔N-Si(100)〕切割成10mm×10mm樣片，經(jīng)清洗、干燥，與有關(guān)試劑進(jìn)行系列反應(yīng)〔中國科學(xué)，(B輯)，1993，23(2)120〕得具有如下結(jié)構(gòu)的“光敏染料/n-Si”異質(zhì)結(jié) 將此異質(zhì)結(jié)制成夾層結(jié)構(gòu)In/光敏染料/N-Si，測定其表面光電壓，表面光電壓，2.6×103μv(λ1090nm)。
實(shí)施例三將電阻率為109Ω.cm(未摻雜)的α-Si:H薄膜(厚度為3×103，玻璃為襯底)用低溫等離子體活化并在氨水中處理〔功能材料，1996，27(5)399〕經(jīng)與有關(guān)試劑反應(yīng)，即得具有如下結(jié)構(gòu)的“光敏染料/α-Si”異質(zhì)結(jié)
將此異質(zhì)結(jié)制成In/光敏染料/α-Si夾層結(jié)構(gòu)，測定其表面光電壓，表面光電壓1.2×103μv(λ940nm)。
上述“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)中的硅可以是單晶硅(N型，P型)，多晶硅(N型，P型)或非晶硅(N型，P型)。
權(quán)利要求
1.一種具有紅外光生伏特效應(yīng)的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)，其特征是，其結(jié)構(gòu)式為 分別代表 其中R1為H CH3C2H5CH3O C2H5O Cl Br I(CH3)2N HO 其中R2，R3為H CH3C2H5C3H7C6H5 其中R4，R5為H CH3C2H5C6H5CH3O C2H5O Cl BrI(CH3)2N HO 其中R6，R7為H CH3O C2H5O 其中R8為H CH3O C2H5O Cl HO 其中R9為H CH3C2H5C6H5Cl CH3O C2H5O HO 其中R10為H CH3C2H5 其中R11R12為H CH3C2H5C6H5Cl CH3O C2H5On＝1，2，3，4，5……正整數(shù) n＝1，2，3，4，5……正整數(shù)②G1，G2分別代表H CH3C2H5C3H7C4H9C6H5C6H5O CH3OC6H5S C6H5NH Cl Br ③n＝0，1；m＝0，1④L代表乙撐基取代乙撐基丙撐基取代丙撐基⑤X-代表負(fù)離子⑥A代表CH2CHCH2OB代表CH2CHSi(OR’)2O R’為CH3、C2H5在AnBm中，n，m可均等于零，亦可n為零m為壹或者n為壹m為零⑦R代表烷基，取代烷基、烯基、取代烯基、炔基、取代炔基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有紅外光生伏特效應(yīng)的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)，其特征是，所述結(jié)構(gòu)式中的硅是單晶硅、或多晶硅或非晶硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有紅外光生伏特效應(yīng)的“光敏染料/硅”雙層結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為右式，它將多甲川菁染料直接化學(xué)共價(jià)鍵合于單晶硅、多晶硅或非晶硅表面形成雙層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)，可以在紅外光的波長范圍內(nèi)獲得光生伏特效應(yīng)，這在理論上和應(yīng)用上都有重要意義。
文檔編號(hào)H01L31/0256GK101055897SQ200710048818
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月5日
發(fā)明者張祖訓(xùn), 郝紀(jì)祥, 張盛唐 申請人:成都埃福斯材料科技有限公司