[发明专利]基于一维半导体纳米材料的光电颜色传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电颜色探测器，特别是基于一维半导体纳米材料，例如半导体碳纳米管，构建的光电颜色探测器(传感器)，以及其制备方法。

背景技术

光探测器在科学领域以及工业、军事应用中得到了广泛的应用，包括监控、制造工艺控制、光通讯、生物以及军事上的夜间探测等。基于各种材料的光探测器目前是各国科学家的研究热点。基于如铟镓砷、锑镉汞等块体半导体材料的红外探测器，尽管可以实现较高的量子效率以及低温下良好的极限探测性能，并且可以实现很高的探测度和很快的响应速度，但是由于技术难度大，工艺复杂，价格较高，难以更大规模应用，尤其在室温条件下的高性能宽谱红外探测器一直未能得到较好实现。

随着光电传感技术的发展，技术需求从单光谱探测向多光谱探测发展，从而出现了颜色探测器，即一组光谱响应不同的探测器构成的传感单元(US4677289A)。多光谱探测相对于以往的单光谱探测，能够获得入射光的更多信息，从而更容易提取特征识别物体。多光谱传感器已广泛应用于医疗、环境监测、太空探索等领域。此外，第三代红外探测器阵列提出了多光谱传感的要求(Rogalski,a.Infrared Phys.Technol.2011,54(3),136–154)。

碳纳米管作为一维半导体材料的代表，具有构建高效纳米光电子器件所需要的优异性质。作为一种新兴光电材料，有望弥补现有光电材料稳定性差、尺寸无法缩减等不足。首先，半导体纳米碳管是直接带隙材料，具有很好的吸光特性。其次，碳纳米管具有极高的室温迁移率，是良好的导电通道材料。此外，碳纳米管薄膜具有极低的光反射系数。其光谱吸收范围覆盖紫外、可见至红外波段。最后尤其重要的是，半导体碳纳米管同时具有近乎完美的电子型接触金属钪(Sc)(Doping-Free Fabrication of Carbon Nanotube Based Ballistic CMOS Devices and Circuits,Z.Y.Zhang,X.L.Liang,S.Wang,K.Yao,Y.F.Hu,Y.Z.Zhu,Q.Chen,W.W.Zhou,Y.Li,Y.G.Yao,J.Zhang,and L.-M.Peng,Nano Letters 7(12)(2007)3603)和金属钇(Y)(Y-Contacted High-Performance n-Type Single-Walled Carbon Nanotube Field-Effect Transistors:Scaling and Comparison with Sc-Contacted Devices,L.Ding,S.Wang,Z.Y.Zhang,Q.S.Zeng,Z.X.Wang,T.Pei,L.J.Yang,X.L.Liang,J.Shen,Q.Chen,R.L.Cui,Y.Li,and L.-M.Peng,Nano Letters 9(2009)4209)，以及空穴型接触金属Pd(Ballistic carbon nanotube field-effect transistors,A.Javey,J.Guo,Q.Wang,M.Lundstrom,H.J.Dai,Nature 424(2003)654)。采用不同的金属分别实现电子和空穴的欧姆接触为构建基于碳纳米管的高性能太阳电池提供了保证。在半导体碳纳米管两端分别采用Pd和Sc接触电极已经成功制备出高性能的光电二极管(Photovoltaic Effects in Asymetrically Contacted CNT Barrier-Free Bipolar Diode,S.Wang,L.H.Zhang,Z.Y.Zhang,L.Ding,Q.S.Zeng,Z.X.Wang,X.L.Liang,M.Gao,J.Shen,H.L.Xu,Q.Chen,R.L.Cui,Y.Li and Lian-Mao Peng,J.Phys.Chem.C 113(2009)6891)，这种结构的光电二极管具有较好的光电转换特性。

作为光电传感器的发展趋势，颜色传感应用在碳纳米管这种材料上的实现具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于一维半导体纳米材料的光电颜色传感器及其制备方法，能够提高颜色传感器的稳定性和光谱响应范围。

本发明的技术方案如下：

一种光电颜色传感器，包含至少两个光谱响应特性不同的传感器单元，所述传感器单元以一维半导体纳米材料作为吸光材料和导电通道，所述一维半导体纳米材料的两端采用不同种金属材料的电极。

进一步地，所述一维半导体纳米材料优选采用碳纳米管。