[发明专利]基于卤素钙钛矿-硼掺杂硅的异质结材料及光电位敏传感器的制备方法

说明书

基于卤素钙钛矿‑硼掺杂硅的异质结材料及光电位敏传感器的制备方法，本发明属于传感器领域，它为了解决现有光电位敏传感器的响应速度较慢，位置灵敏度不高的问题。本发明基于卤素钙钛矿‑硼掺杂硅的异质结材料具有p‑n结结构，在n型硼掺杂硅基片上采用激光脉冲沉积有厚度为150～250nm的p型卤素钙钛矿溴化物层，其中所述的p型卤素钙钛矿溴化物为CsSnBr₃或CsPbBr₃。将该异质结表面镀有金电极制备传感器。本发明基于卤素钙钛矿‑硼掺杂硅的异质结材料的传感器位置敏感度高，光电响应速度快，其位置灵敏度最大在405nm波长、10mW功率的激光照射下，达到了880mV/mm。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及基于异质结侧向光伏效应的异质结材料及其在位敏传感器中的应用。

背景技术

半导体异质结中的光生电子-空穴对被内建电场分离后分别移动到异质结的两侧，当点状光作为激发源时就会使得在光照区域的光生载流子浓度远远高于其他位置，在光照区域与非光照区域之间出现了浓度梯度并形成了准费米能级差，导致了光生载流子的侧向扩散，产生侧向光伏。侧向光伏电压的大小与光照位置间存在着高度的线性依赖关系，形成光电位敏传感器。基于侧向光伏效应的光电位敏传感器具有信号探测直接且灵敏度高、信号连续输出、无工作盲区、结构简单和性价比高等优点，广泛应用于空间探测、生物医药、精密仪器等诸多方面。

目前关于光电位敏传感器的研究重心就在于如何增强其探测灵敏度并且保证输出有着良好的非线性度。基于卤素钙钛矿化合物的太阳能电池具有开路电压高、短路电流大的优点备受关注。高的开路电压有利于实现更高的侧向光伏进而提高光电位敏传感器的探测灵敏度，但尚未作为光电位敏传感器材料进行研究，这主要是由于高质量的超薄卤素钙钛矿化合物与半导体的制备工艺比较复杂。

发明内容

本发明是为了解决现有光电位敏传感器的响应速度较慢、位置灵敏度不高的问题，而提供一种基于卤素钙钛矿半导体异质结材料及其制备方法，并在光电位敏传感器中应用。

本发明基于卤素钙钛矿-硼掺杂硅的异质结材料具有p-n结结构，在n型硼掺杂硅基片上采用激光脉冲沉积有厚度为150～250nm的p型卤素钙钛矿溴化物层，其中所述的p型卤素钙钛矿溴化物为CsSnBr₃或CsPbBr₃。

本发明基于卤素钙钛矿-硼掺杂硅的异质结材料的传感器制备方法按下列步骤实现：

一、按照化学计量比为1：1将CsBr与溴化物粉末充分研磨，混合粉末压片成型，然后在氩气气氛中以210-550℃的温度进行烧结处理，得到卤素钙钛矿靶材；

二、对硼掺杂硅基片进行超声清洗，得到清洗后的硼掺杂硅基片；

三、将本底真空抽至2.5～3.5×10^-4Pa，以清洗后的硼掺杂硅基片作为沉积衬底，调节硼掺杂硅基片的温度为200-320℃，采用准分子激光器辐照卤素钙钛矿靶材，控制单脉冲能量为100-250mJ，脉冲频率为3-10Hz进行脉冲激光沉积卤素钙钛矿薄膜，沉积结束后自然冷却，得到卤素钙钛矿-硼掺杂硅异质结材料；

四、分别在卤素钙钛矿-硼掺杂硅异质结材料中的卤素钙钛矿薄膜表面和硼掺杂硅基片的背面镀上电极，得到基于卤素钙钛矿-硼掺杂硅异质结材料的传感器；

其中步骤一所述的溴化物为PbBr₂或SnBr₂。

本发明将基于卤素钙钛矿-硼掺杂硅异质结材料作为传感元件应用于位敏传感器中。

本发明采用n型半导体硼掺杂硅单晶作为基片，以p型半导体卤素钙钛矿作为薄膜材料以形成p-n结，制备得到位敏传感器。由于卤素钙钛矿化合物的太阳能电池具有高的开路电压和大的短路电流，这有利于实现更高的侧向光伏进而提高光电位敏传感器的探测灵敏度。