[发明专利]无机钙钛矿厚膜复合材料半导体器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无机钙钛矿厚膜复合材料半导体器件及其制备方法，能达到能够进行连续生长，制备出尺寸大、结晶度好的钙钛矿多晶厚膜的X‑ray探测器，其结构为透明玻璃/CsPbBr₃钙钛矿多晶厚膜/Au电极的全无机钙钛矿平面型半导体探测器。我们制作的探测器厚度较厚，具有较高的开关比，较快的响应速度以及优异的水氧稳定性。该半导体探测器的制备方法步骤简单，成本低，过程低温可控，且所制备的CsPbBr₃材料耐湿耐热性优异，并将此方法运用于大规模商业生产，具有显著的产业化推广价值。

技术领域

本发明涉及一种半导体探测器器件及其制备工艺，特别是涉及一种钙钛矿厚膜复合半导体探测器器件及其制备方法，应用于半导体探测器的材料制造工艺技术领域。

背景技术

半导体探测器在生物医疗传感、高能粒子探测等军用或民用领域有着非常重要的作用。近年来，卤化物钙钛矿材料由于其优异的光电性能成为了科研界的热点研究材料，其合适和易调节的带隙、高的载流子迁移率、长的载流子寿命以及低缺陷等优良特性，使钙钛矿半导体探测器成为一种全新、低成本、低温制备的新型半导体探测器。目前常用的钙钛矿材料主要为有机无机杂化钙钛矿(例如，CH₃NH₃PbX₃),其光电性能优异，但是水氧稳定性和热稳定性很差，不耐辐射、且合成难度较高，不利于大面积制备，所以制备尺寸大、结晶度好且稳定的全无机钙钛矿晶体厚膜有可能成为应用于高能粒子探测方向的一种极具前景的新型材料。

与有机无机杂化卤化物钙钛矿材料相比，全无机卤化物钙钛矿材料具有优越的耐湿热稳定性。由于全无机卤化铅钙钛矿CsPbX₃(X＝I，Br，Cl)也有着合适的带隙，足以媲美有机无机杂化钙钛矿的高量子效率、高灵敏度，其合成所需的原料更为易获取和廉价，而且可以通过低温溶液法制备，所以它是一种非常有潜力的有机无机杂化钙钛矿材料的替代品。近年，CsPbBr₃晶体材料已经通过低温溶液法成功获得，它的纳米晶薄膜、多晶薄膜多被用于可见光探测器，其光电器件光电开光比可达10^6，响应时间为微秒级别。也有报道通过逆温结晶的方法生长出CsPbBr₃的单晶材料，其μτ值可达2*10^-4cm²/V。

对于商业高能粒子探测应用，需要较大尺寸的厚膜或者单晶材料。目前通过逆温生长CsPbBr₃单晶仍然无法大规模、大尺寸生长，不具备重复性。CsPbBr₃材料的薄膜无法满足高能粒子探测的物理需求。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种无机钙钛矿厚膜复合材料半导体器件及其制备方法，生长CsPbBr₃多晶厚膜的制备方法，达到能够进行连续生长，制备出尺寸大、结晶度好的钙钛矿多晶厚膜的X-ray探测器，其结构为透明玻璃/CsPbBr₃钙钛矿多晶厚膜/Au电极的全无机钙钛矿平面型半导体探测器。本发明半导体探测器的制备方法步骤简单，成本低，过程低温可控，且所制备的CsPbBr₃材料耐湿耐热性优异，并将此方法运用于大规模商业生产。本发明制作的探测器厚度较厚，具有较高的光暗电流比以及优异的水氧稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无机钙钛矿厚膜复合材料半导体器件，主要由透明玻璃、钙钛矿吸光层、金属电极组成，其结构为由透明玻璃/CsPbBr₃钙钛矿多晶厚膜/Au电极组成的复合结构，所述透明玻璃作为衬底，作为全无机钙钛矿平面型半导体探测器材料，CsPbBr₃钙钛矿多晶厚膜作为电子空穴传输功能层，CsPbBr₃钙钛矿多晶厚膜的厚度为10～200μm，Au电极的厚度为70-90nm。

上述CsPbBr₃钙钛矿多晶厚膜的厚度优选为100～200μm。