[发明专利]基于高结晶性单壁碳纳米管的柔性、高性能红外光电探测器的制备方法

说明书

本发明涉及柔性、宽带红外光电探测器领域，具体为一种基于高结晶性单壁碳纳米管的柔性、高性能红外光电探测器的制备方法。以单壁碳纳米管作为光电转换材料，将浮动催化剂化学气相沉积法制备并干法收集的高结晶性单壁碳纳米管薄膜转移到带有电极的镂空柔性基底上，即完成柔性单壁碳纳米管光电探测器基元的组装。单壁碳纳米管具有高宽带吸收系数，悬空结构减低热散失，高结晶性管壁降低载流子在管间跃迁的概率，从而抑制反向光电流的产生。最终获得了柔性、高性能、宽带红外光电探测器。

技术领域

本发明涉及柔性、宽带红外光电探测器领域，尤其涉及柔性红外光电探测器的制备和性能提升方法，具体为一种基于高结晶性单壁碳纳米管的柔性、高性能红外光电探测器的制备方法，利用高结晶性单壁碳纳米管薄膜构建柔性、悬空、高性能红外光电探测器。

背景技术

光电探测器是一种将光信号转化为电信号的光电器件，是光电探测和光电通讯的重要组成元件。常见的探测器类型有光电导、光伏、光热电、辐射热计等器件。随着智能化、信息化的不断发展，光电探测器已应用于现代社会的诸多领域(包括环境监测、工业生产、医疗诊断和国防军事等)。目前，大多数由传统的GaN、InGaAs和HgCdTe等半导体材料制成的红外光电探测器都需要低温来实现高性能，而且这些材料脆性、强光照下不稳定，这限制了它们在柔性和可穿戴设备中的应用。因此，迫切需要开发柔性、室温和空气下可稳定工作的红外光电探测器。单壁碳纳米管作为一种准一维中空管状碳质材料，其具有结构相关且可调的直接带隙。此外，碳纳米管具有宽谱响应、高迁移率、弹道输运、快速光信号响应能力(皮秒级)以及易集成加工、柔韧性好等优异性质。尤为重要的是，与传统半导体材料的宽吸收边不同，单壁碳纳米管表现出很窄的吸收谱线，不同带隙的半导体性单壁碳纳米管可实现波数敏感及波数选择性的近红外吸收。而且，可吸收波长为一到几微米、覆盖电信带宽的近红外光。上述特点使得碳纳米管成为一种理想的新型近红外光探测材料，可望在未来光通信及光电子集成中发挥重要作用。参见：文献1.Arnold,M.S.；Blackburn,J.L.；Crochet,J.J.；Doorn,S.K.；Duque,J.G.；Mohite,A.；Telg,H.Physical Chemistry ChemicalPhysics 2013,15(36),14896-14918.以及文献2.Suzuki,D.；Oda,S.；Kawano,Y.Nat.Photonics 2016,10(12),809-813.

科研人员开发了光电导型、光电二极管型、光电晶体管型、热辐射计型，和、光热电型碳纳米管光电探测器。其中，基于碳纳米管的热辐射计型探测器通常具有较宽的响应范围，尤其在红外和波长较长的区域(如THz)内发挥着非常重要的作用。参见：文献3.Itkis,M.E.；Borondics,F.；Yu,A.；Haddon,R.C.Science 2006,312(5772),413-416.以及文献4.Vera-Reveles,G.；Simmons,T.J.；Bravo-Sanchez,M.；Vidal,M.A.；Navarro-Contreras,H.；Gonzalez,F.J.ACS Appl.Mater.Interfaces 2011,3(8),3200-3204.以及文献5.Liu,Y.；Yin,J.；Wang,P.；Hu,Q.；Wang,Y.；Xie,Y.；Zhao,Z.；Dong,Z.；Zhu,J.L.；Chu,W.；Yang,N.；Wei,J.；Ma,W.；Sun,J.L.ACS Applied Materials and Interfaces 2018,10(42),36304-36311.以及文献6.Chen,Z.-K.；Hu,X.-G.；Guo,S.-Y.；Hou,P.-X.；Liu,C.J.Mater.Sci.Technol 2021,73,205-209.

目前，单壁碳纳米管基热辐射计型红外光电探测器存在的问题是：缺乏对性能提升机制的全面理解，柔性、高性能光电探测器的研究与开发进展缓慢，光电探测器性能仍有待进一步提高。

发明内容