基于IGZO/钙钛矿异质结的光电器件及制备方法 专利技术说明

电子电路装置的制造及其应用技术基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件及制备方法技术领域1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于氧化铟镓锌(igzo)/钙钛矿异质结的宽光谱光电器件及其制备方法。背景技术：2.随着人工智能、自动化的推进，实现自动识别与计算成为新一代科技发展追求的目标，光电探测技术是首当解决的一项任务，在显示与成像、光通信、遥感、生物医疗等领域发挥着重要作用。3.在倡导绿色环保的潮流下，氧化铟镓锌(igzo)作为一种具有前景的光吸收材料，在探测器的研究中受到广泛关注。通常，igzo薄膜能实现《375nm的紫外光探测，在可见光范围内的响应较低，需要对器件材料进行进一步研究，以更好满足更宽光谱的探测领域需求。4.另一方面，钙钛矿薄膜能实现375nm-780nm的可见光探测，采用两种薄膜构成的异质结就能实现紫外到可见光的宽光谱光探测。然而，现有技术中，两种薄膜构成的异质结器件的制备方法需要通过沉积等办法来制备igzo薄膜和钙钛矿薄膜，该办法需要昂贵的设备和苛刻的生长环境；再则，制备igzo薄膜需要较高的退火温度，导致只能在耐高温的刚性衬底上制备。技术实现要素：5.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于氧化铟镓锌(igzo)/钙钛矿异质结的宽光谱光电器件及其制备方法。本发明采用如下技术方案：6.本发明提供一种基于氧化铟镓锌(igzo)/钙钛矿异质结的光电器件的制备方法，所述方法具体包括：7.s1:对玻璃衬底进行表面清洗；8.s2:对玻璃衬底进行紫外线处理；9.s3:采用溶液法在清洗处理好的玻璃衬底上生长钙钛矿mapbi3薄膜；10.s4:磁控溅射金电极；11.s5:以制备好的钙钛矿器件为衬底,通过溶液法旋涂生长igzo纳米晶薄膜层，由此得到所述基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件。12.优选的，所述步骤s1具体包括：将所述玻璃衬底依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤。13.优选的，所述步骤s3具体包括：14.s31:称取一定量的碘化铅(pbi2)和甲基碘化胺(mai)，混合于干净的玻璃瓶中，用移液枪吸取一定量的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)溶液滴入所述玻璃瓶中，震荡混合均匀后用有机系滤头过滤到另一个干净的小瓶中，得到混合溶液待用；15.s32:称取一定量的mai粉末，溶于异丙醇溶液中，震荡溶解后用有机系滤头过滤，得到mai溶液待用。16.s33:设置匀胶机转速6000rpm，匀胶时间15s，使用移液枪吸取步骤s31得到的混合溶液均匀旋涂于基底上，待匀胶机旋转15s后，再设置匀胶机转速4000rpm，匀胶时间45s，吸取步骤s32得到的mai溶液动态滴注于基底上，随后在热台上进行预退火，退火温度为70℃，退火时间为20s，再在空气中进行退火，退火温度为104℃，退火时间为30min。17.优选的，所述步骤s4具体包括：18.通过溅射的方法在所述钙钛矿mapbi3薄膜上用金属掩膜版蒸镀金顶电极，其中，有源层沟道宽为1mm，长为0.2mm。19.优选的，所述步骤s5具体包括：20.s51:将等摩尔的水合硝酸铟(in(no3)3·4h2o)、水合硝酸镓(ga(no3)3·xh2o)、水合硝酸锌(zn(no3)2·6h2o)溶解于一定量的去离子水中，与氢氧化铵溶液搅拌混合，制备igzo前驱体溶液；21.s52:在混合过程中监测ph值，令溶液处于中性态，以自然沉淀in、ga和zn；22.s53:用离心机将沉淀物从溶液中分离出来；23.s54:用去离子水离心洗涤沉淀物以去除残留离子；24.s55:把清洗后的沉淀物放进高压釜中使用180℃低温和10atm高压处理1小时，以获得多结晶的igzo纳米颗粒凝胶；25.s56:设置匀胶机第一步转速1000rpm，匀胶时间10s，第二步转速1500rpm，匀胶时间30s，把步骤s55所得溶液旋涂于制备好的钙钛矿mapbi3薄膜上，后进行95℃/10分钟的后退火处理得到igzo薄膜。26.优选的，步骤s52中ph＝7-9。27.优选的，步骤s53中离心机转速为3500转/15分钟。28.本发明还提供一种igzo/钙钛矿异质结的光电器件，其是根据上述基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的制备方法制备得到。29.优选的，所述光电器件吸收光谱波长范围达到200nm-780nm。30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：31.(1)本发明提出了一种新的光电器件制备方法，通过溶液法低温制备igzo薄膜和钙钛矿薄膜，无需昂贵的设备和苛刻的生长环境，在低温情况下即可制备igzo薄膜和钙钛矿薄膜。32.(2)本发明提供了一种新的光电器件的制备方法，通过低温制备得到的igzo薄膜和钙钛矿薄膜，进而得到基于igzo/钙钛矿异质结结构的宽光谱光电器件，该光电器件具备更宽的探测光谱波长范围，探测光谱波长范围达到200nm-780nm，解决了现有技术中制备困难的问题。33.(3)本发明提供了一种新的光电器件制备方法，通过溶液法低温制备igzo薄膜和钙钛矿薄膜，优化了制备工艺参数，方法简单易操作，制备效果好。附图说明34.图1为本发明实施例一提供的基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的制备流程图；35.图2为本发明提供的基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的结构示意图；36.图3为本发明实施例一制备得到的钙钛矿mapbi3薄膜的x射线衍射(xrd)检测图；37.图4为本发明实施例一制备得到的钙钛矿mapbi3薄膜的扫描电子显微镜(sem)表征图；38.图5为本发明实施例一制备得到的igzo薄膜的xrd检测图；39.图6(a)和图6(b)为本发明实施例一制备得到的igzo薄膜的sem表征图；40.图7为本发明实施例二提供的光电器件的吸收光谱光谱检测结果。41.其中，1—玻璃衬底，2-钙钛矿mapbi3薄膜，3-金(au)电极，4-igzo纳米晶薄膜层。具体实施方式42.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。43.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。44.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。45.实施例一46.本发明实施例一提供一种基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的制备方法，参见图1和图2，其中，图1为本发明提供的一种基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的制备流程图，图2为本发明提供的基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的结构示意图。47.具体包括下述步骤：48.s1:对玻璃衬底1进行表面清洗。49.具体的，将玻璃衬底1依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤。50.s2:对玻璃衬底1进行紫外线处理。51.具体的，将玻璃衬底1通过紫外线处理1小时(1h)。52.s3:采用溶液法在清洗处理好的玻璃衬底上生长钙钛矿mapbi3薄膜2。53.钙钛矿mapbi3为钙钛矿ch3nh3pbi3(mapbi3)。54.优选的，采用溶液法在衬底上生长钙钛矿薄膜2，生长温度为70℃-104℃。55.其中，步骤s3具体包括：56.s31:称取碘化铅(pbi2)599.3㎎，甲基碘化胺(mai)47.7㎎，混合于干净玻璃瓶中，用移液枪吸取n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)溶液各900μl和100μl滴入所述玻璃瓶中，震荡混合均匀后用0.22μm的有机系滤头过滤到另一个干净的小瓶中，得到混合溶液待用；57.s32:称取35mg的mai粉末，溶于1ml的异丙醇(ipa)溶液中，震荡溶解后用0.22μm的有机系滤头过滤，得到mai溶液待用。58.s33:设置匀胶机转速6000rpm，匀胶时间15s，使用移液枪吸取步骤s31得到的60μl混合溶液均匀旋涂于基底上，待匀胶机旋转15s后，再设置匀胶机转速4000rpm，匀胶时间45s，吸取步骤s32得到的mai溶液(35mg/ml)70μl动态滴注于基底上，随后在热台上进行预退火，退火温度为70℃，退火时间为20s，再在空气中进行退火，退火温度为104℃，退火时间为30min。59.上述“溶液法”步骤中材料的用量仅做参考，实际制备时按比例配置即可，但制备过程的转速、时间和温度，其为优化后的制备参数，需要严格按照参数进行，仅适合微调。60.根据上述步骤制备得到钙钛矿mapbi3薄膜，其检测结果如图3和图4所示，其中，图3为钙钛矿mapbi3薄膜的x射线衍射(xrd)检测图，从图中能看到钙钛矿mapbi3薄膜结晶质量良好，图4为制备得到的钙钛矿mapbi3薄膜的扫描电子显微镜(sem)表征图，从图中能看到钙钛矿mapbi3薄膜的微观表面形貌均匀。61.s4:磁控溅射金电极3。62.具体的，通过溅射的方法在钙钛矿mapbi3薄膜上用金属掩膜版蒸镀金顶电极3，其中，有源层沟道宽为1mm，长为0.2mm。63.优选的，生长温度为100℃。64.s5:以制备好的钙钛矿器件为衬底，通过溶液法旋涂生长igzo纳米晶薄膜层4。65.优选的，生长温度为95℃。66.具体的，步骤s5包括：67.s51:将等摩尔比的水合硝酸铟in(no3)3·4h2o、水合硝酸镓ga(no3)3·xh2o、水合硝酸锌zn(no3)2·6h2o溶解于一定量的去离子水中，与氢氧化铵溶液搅拌混合，制备igzo前驱体溶液。68.优选的，将0.001mol水合硝酸铟in(no3)3·4h2o、0.001mol水合硝酸镓ga(no3)3·xh2o、0.001mol水合硝酸锌zn(no3)2·6h2o溶解于150ml去离子水中，与氢氧化铵溶液不断搅拌混合，制备igzo前驱体溶液。69.s52:在混合过程中监测ph值，令ph＝7-9，即溶液处于中性态，以自然沉淀in、ga和zn。70.s53:用离心机将沉淀物从溶液中分离出来。71.优选的，离心机转速为3500转/15分钟。72.s54:用去离子水离心洗涤沉淀物以去除残留离子。73.优选的，用去离子水离心洗涤沉淀物三次以去除残留离子，转速为4000转/20分钟。74.s55:把清洗后的沉淀物放进高压釜中使用低温(180℃)和高压(10atm)处理1小时，以获得多结晶的igzo纳米颗粒凝胶。75.优选的，为了获得稳定的分散良好的溶液，我们将igzo纳米颗粒凝胶和去离子水(20ml)混合后进行10分钟超声，后与羧甲基纤维素钠盐(cmc)(200mg)作为分散剂搅拌混合48小时。76.s56:设置匀胶机第一步转速1000rpm，匀胶时间10s，第二步转速1500rpm，匀胶时间30s，把步骤s55所得溶液旋涂于制备好的钙钛矿mapbi3薄膜上，后进行95℃/10分钟的后退火处理得到igzo薄膜。77.上述“溶液法”步骤中材料的用量仅做参考，实际制备时按比例配置即可，但制备过程的转速和时间，其为优化后的制备参数，需要严格按照参数进行，仅适合微调。78.由此步骤得到的igzo薄膜检测结果如图5-6所示，其中，图5为igzo薄膜的xrd检测图，从图中能看到igzo薄膜结晶质量良好，图6为igzo薄膜的sem表征图，从图中能看到igzo薄膜的微观表面形貌均匀。79.需要说明的是，本实施例仅给出了本发明的一种示范，其具体参数并不受实施例所限制。80.实施例二81.本实施例提供了一种光电器件，其是根据实施例一提供的制备方法制备得到的。82.图7示出所述光电器件的吸收光谱光谱检测结果，表明本发明提供的一种基于igzo/钙钛矿异质结的光电器件的吸收光谱波长范围达到200nm-780nm，可见，本发明的制备工艺实现了低温制备宽光谱光电器件。83.本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。









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