[发明专利]一种Se微米管/溴铅铯异质结及其制备方法与光电应用

说明书

本发明属于一种Se微米管/溴铅铯异质结及其制备方法与光电应用，属于半导体纳米材料技术领域。本发明以Se粉作为前驱体，通过化学气相沉淀法制备可控长度的Se微米管，并采用化学气相沉积法制备Se微米管/溴铅铯异质结在柔性衬底，通过溴铅铯的厚度可调节带隙，得到Se微米管/溴铅铯异质结。本发明所述Se微米管/溴铅铯异质结在光电探测器应用中具有更高质量。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料技术领域，尤其是指一种Se微米管/溴铅铯异质结及其制备方法与光电应用。

背景技术

光电探测器在许多领域都有应用需求，例如太空探索、生物分析、环境传感、通信和成像等。理想的光电探测器通常期望具有高灵敏度，高探测率，快速响应速度，高光谱选择性以及高稳定性。半导体材料是光电探测器的重要组成部分，许多半导体材料都已应用于光电探测器中，包括硅、碳纳米管、III-V化合物、量子点等，并在改进光探测性能和器件结构设计方面取得了显著进展。但是，以这种传统的基于刚性硅基板材料为基础的光电探测器通常不仅需要昂贵、严格的工艺和操作条件，还必须依靠外部电源来实现光检测行为，这不可避免地导致了高的暗电流和小的开关比，影响了其进一步商业化应用。因此寻找更便宜、工艺更简单的候选材料，进一步提高光电探测器的性能，降低制造成本，简化制造工艺，延长使用年限具有重要意义。

柔性光电探测器具有耐用性、抗冲击、可弯曲、重量轻等优点。自供电功能可以减少能源的消耗，对于开发可持续的节能设备以解决当前的能源危机问题具有重要意义。因此如何利用简单工艺对新型材料进行开发柔性的自供电光电探测器受到了广泛的关注。通常，柔性自供电光探测器是通过非对称电极调制技术(如肖特基结、PN结及异质结的内建电场)来实现电子-空穴对的分离。近年来异质结已成为基础科学的聚焦点之一，它不仅能结合不同材料的优点，而且能够通过界面处高效地电荷传输调控来实现新的功能。异质结结区的内建电势及层间复合，决定了整流特性及光电性能，这将有效地调节电学性能和光探测性能。由于二维P型半导体材料的稀缺，导致仅有少数几种二维材料PN结被合成出来如WSe₂/MoS₂和WSe₂/WS₂。目前大多数二维PN结的构筑只能通过电栅控制、特殊金属接触及化学掺杂等方法获得材料的P型特性，然而此方法较为复杂同时也存在稳定性的问题，这在一定程度上限制了二维异质结的研究。Se是一种非常具有潜力的本征p型的二维半导体光电探测材料。硒的带隙大约为1.67eV，这说明Se具有很好的紫外-可见的宽光谱探测性能。除此之外，Se的光电响应速度也非常的快，基于Se微米管异质结构的光电探测器的响应速度仅为几个毫秒而同样结构的ZnO、ZnS、MoS₂结构的光电探测器的速度达到数秒。更重要的是，利用气相沉积的方法制备的Se微米结构具有低成本，结晶性好，易构筑器件以及响应快等优势。新型无机钙钛矿材料CsPbBr₃，由于其具有许多不同的优异的属性，包括可调的直接带隙，高光学吸收系数，高的载流子迁移率和寿命，缺陷态密度低、荧光发射峰线宽窄，载流子寿命长及良好的环境耐受性等特点，成为室温下研究新型光电器件的理想材料。通过对全无机钙钛矿材料的尺寸、结构和形貌等方面进行调控，能够制备出如微米棒、微米块、微米片等规则的微结构，可进一步提高其发光性能。同时采用CVD法制备的微结构具有更高的结晶质量和更低的缺陷态密度，且样品产量高，可重复性较好，可有效提升器件的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种Se微米管/溴铅铯(CsPbBr₃)异质结及其制备方法与光电应用。

一种Se微米管/溴铅铯异质结的制备方法，包括以下步骤：

(1)以惰性气体为载气，硒粉为反应源，硅片作为衬底，采用化学气相沉淀法得到Se微米管，并转移至聚酯纤维基板；

(2)以步骤(1)中载有Se微米管的聚酯纤维基板为衬底，以PbBr和CsBr₂混合物为反应源，以惰性气体为载气，采用化学气相沉淀法得到所述Se微米管/溴铅铯异质结。