本發(fā)明屬于光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

光探測(cè)器是利用光與物質(zhì)的相互作用，把光能轉(zhuǎn)換為其他可感知量的器件，被廣泛應(yīng)用與天文學(xué)、國(guó)防軍事和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。目前光探測(cè)器主要以光電二級(jí)管為主，設(shè)備成本高，且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。另一方面，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的光探測(cè)器的光譜范圍和探測(cè)寬度受到材料本身性質(zhì)的限制，難以實(shí)現(xiàn)制備寬帶吸收的光探測(cè)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器及其制備方法，旨在保證器件具有寬帶響應(yīng)特性，同時(shí)簡(jiǎn)化光探測(cè)器結(jié)構(gòu)，降低器件成本。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器，其特征在于：包括三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料及在三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料上設(shè)有的兩個(gè)金屬電極。

進(jìn)一步的，所述的三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料為CH₃NH₃PbI₃或CH₃NH₃PbBr₃的鈣鈦礦材料；所述三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的三維結(jié)構(gòu)為三維多孔結(jié)構(gòu)，其孔的尺寸為100納米-2微米；所述的三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的厚度為1-10微米。

進(jìn)一步的，所述的兩個(gè)金屬電極厚度為1納米-1微米，寬度為10納米-1厘米，間距為10納米-1厘米，長(zhǎng)度為10納米-10厘米，光敏面積為200平方納米-400平方厘米。

進(jìn)一步的，所述的兩個(gè)金屬電極是金屬或含金屬合金電極，如銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鋁(Al)、鋁鈦合金等。

本發(fā)明還提供了一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟：

(1)在玻璃基底上形成聚合物模板層；

(2)在所述聚合物模板上涂覆鈣鈦礦溶液，在70℃的熱臺(tái)上加熱1小時(shí)；

其中，所述鈣鈦礦溶液中，鈣鈦礦物質(zhì)的分子式為CH₃NH₃PbI₃或CH₃NH₃PbBr₃。

(3)將所述的加熱后的鈣鈦礦自然降溫，在甲苯或四氫呋喃溶劑中浸泡1-10分鐘，去除聚合物模板，得到三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料；

(4)隨后將三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料置于熱臺(tái)上干燥，熱臺(tái)溫度為90℃，時(shí)間為10分鐘；

(5)將帶有電極圖形的掩膜板固定在三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料上，沉積得到金屬電極，即得到三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，所述的形成聚合物模板層的過(guò)程包括：采用旋涂法將聚合物微球在所述玻璃基底上形成聚合物模板層。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，所述聚合物微球的顆粒直徑為100-2000納米，優(yōu)選為200-1500納米。

進(jìn)一步的，步驟(5)中通過(guò)熱蒸發(fā)，測(cè)控濺射或印刷在三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料上沉積金屬電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明采用三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料作為光吸收材料，制備出光探測(cè)器。有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料，典型代表為CH₃NH₃PbI₃，為直接帶隙半導(dǎo)體材料，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的吸收，其制備的光探測(cè)器具有探測(cè)光譜范圍寬的特點(diǎn)。同時(shí)鈣鈦礦材料具有溶劑可溶性，可用溶液旋涂法制備，其制備過(guò)程簡(jiǎn)單，大大簡(jiǎn)化了制備光電探測(cè)器的復(fù)雜工藝。

此外，制備的鈣鈦礦材料為三維多孔結(jié)果，通過(guò)控制不同的聚合物微球模板的尺寸可控制制備的三維結(jié)構(gòu)尺寸，增加鈣鈦礦材料吸收。由于納米材料具有特殊量子效應(yīng)，三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料在提高鈣鈦礦材料吸收的同時(shí)能極大的提高光探測(cè)器的量子效率。

本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器，一方面可以拓寬了光探測(cè)器探測(cè)光譜的范圍，簡(jiǎn)化了光探測(cè)器的復(fù)雜制備工藝，另一方面利用三維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光吸收特性提高器件響應(yīng)度，增加量子效率。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。

圖2是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的多孔結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

參見(jiàn)圖1所示，一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器，包括三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料及在三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料上設(shè)有的兩個(gè)金屬電極。

進(jìn)一步的，所述的三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料為CH₃NH₃PbI₃或CH₃NH₃PbBr₃的鈣鈦礦材料；所述三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的三維結(jié)構(gòu)為三維多孔結(jié)構(gòu)，其孔的尺寸為100納米-2微米；所述的三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的厚度為1-10微米。

進(jìn)一步的，所述的兩個(gè)金屬電極厚度為1納米-1微米，寬度為10納米-1厘米，間距為10納米-1厘米，長(zhǎng)度為10納米-10厘米，光敏面積為200平方納米-400平方厘米。

進(jìn)一步的，所述的兩個(gè)金屬電極是金屬或含金屬合金電極，如銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鋁(Al)、鋁鈦合金等。

本發(fā)明還提供了一種基于三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟：

(1)在玻璃基底上形成聚合物模板層；

(2)在所述聚合物模板上涂覆鈣鈦礦溶液，在70℃的熱臺(tái)上加熱1小時(shí)；

其中，所述鈣鈦礦溶液中，鈣鈦礦物質(zhì)的分子式為CH₃NH₃PbI₃或CH₃NH₃PbBr₃。

(3)將所述的加熱后的鈣鈦礦自然降溫，在甲苯或四氫呋喃溶劑中浸泡1-10分鐘，去除聚合物模板，得到三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料；

(4)隨后將三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料置于熱臺(tái)上干燥，熱臺(tái)溫度為90℃，時(shí)間為10分鐘；

(5)將帶有電極圖形的掩膜板固定在三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料上，沉積得到金屬電極，即得到三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的光探測(cè)器。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，所述的形成聚合物模板層的過(guò)程包括：采用旋涂法將聚合物微球在所述玻璃基底上形成聚合物模板層。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，所述聚合物微球的顆粒直徑為100-2000納米，優(yōu)選為200-1500納米。

進(jìn)一步的，步驟(5)中通過(guò)熱蒸發(fā)，測(cè)控濺射或印刷在三維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料上沉積金屬電極。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。