[发明专利]一种室温下长波柔性红外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种室温下长波柔性红外探测器及其制备方法，基于Ti₂O₃材料的室温下长波柔性红外探测器响应度和响应速度均得以提高，并实现了室温下对长波红外波段光的探测。包括：室温下长波柔性红外探测器制备：获取柔性基底材料(PET、PEN)；在柔性基底材料上热蒸发制备叉指Au电极层；在叉指Au电极层上用微机械剥离法制备石墨烯半导体层(单层石墨烯层)；在单层石墨烯层上旋涂Ti₂O₃光敏层。该室温下长波柔性红外探测器实现了对4.5‑10μm长波红外光的探测，其中，Ti₂O₃与石墨烯形成半导体异质结，实现长波红外探测器的室温工作机制，提高了响应度和响应速度等指标。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体地说，是一种室温下长波柔性红外探测器及其制备方法。

背景技术

近年来,随着红外光电探测器在军事领域、科学研究、工农业生产、医疗卫生及日常生活中的广泛应用，其相关技术发展也十分迅速。然而，当前具有高响应率和高检测率的红外光电材料，例如III-V族二元化合物半导体，通常需要复杂的制造工艺，且其在长波红外波段探测时也需要对器件暗电流噪声进行冷却，高成本的低噪声运行冷却机制导致光子型红外探测器在民用范围极大受限。此外,随着现代社会的不断发展，光电子器件小型化、便携性及轻量化的需求及应用范围也在不断增长。

其中，柔性光电探测器因具备轻量化设计、便于携带、大面积兼容性高及成本低廉等优点使其在未来光电子器件领域具有十分重要的应用前景。近年来，国内外对柔性光电探测器的研究热度一直居高不下，围绕着实现高响应度和良好柔韧性这两个性能指标开展了一系列原创性研究工作。光谱灵敏度，具有高吸收系数的传感候选材料作为光敏感层能够极大地吸收光子并产生光生载流子以获得较高灵敏度。对于机械柔韧性，柔性光电探测器能够在反复弯曲、拉伸或者折叠情况下，其器件性能无显著降低。因此，针对柔性光电探测器结构设计，所选用的光敏感层材料需要满足一定程度的弯曲要求，并且器件的电学和光学性能无显著降低。

按照探测器工作原理，红外探测器可分为制冷型和非制冷型两类。制冷型探测器以HgCdTe探测器及GaAs/AlGaAs量子阱探测器为代表，灵敏度高、探测距离远、响应速度快且性能稳定，然而工作时需制冷装置导致设备体积大、消耗大，造价昂贵，主要应用于航天、舰船等高端领域。非制冷型红外探测器以氧化钒及非晶硅微测热辐射计为代表，体积小便于携带，可在室温下工作，但是其灵敏度较低、观测距离较短且响应速度较慢，满足一般军事需求及大部分民用需求。通常探测环境要求较苛刻时，两种类型的探测器结合使用。综上，亟需发展一种响应度高且能在室温下工作的长波红外探测器。

钛是地球上含量丰富的元素之一，其氧化物包括二氧化钛(TiO₂)和氧化锶钛(SrTiO₃)，这两种材料可广泛应用于电子、能量转换、催化、传感等技术领域。一般情况下，化合物中的Ti离子为4+价，以SrTiO₃为代表，SrTiO₃不仅是一种受欢迎的薄膜生长基材，还具有超导性、蓝光发射、绝缘体-金属过渡和光催化作用等物理化学特性。TiO₂光催化剂在光照下产生电子和空穴，表现出强的氧化和还原能力。因此，TiO₂薄膜在环境治理方面、医疗卫生及建材领域呈现出巨大的应用前景。TiO₂薄膜作为最有发展前景的绿色环保型光催化材料已经成为国内外研究的焦点。

发明内容

本发明的目的在于设计一种室温下长波柔性红外探测器及其制备方法，所述室温下长波柔性红外探测器能够实现室温下的长波红外探测；所述制备方法基于石墨烯/Ti₂O₃混合材料作为光敏感层沉积于柔性衬底(柔性基底材料)上，通过将石墨烯与球磨法制备的窄带隙半导体Ti₂O₂纳米颗粒混合，可以形成室温长波红外光电探测器。