[发明专利]一种基于共价有机框架材料的紫外与可见光探测器及其制备方法

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，具体为一种基于共价有机框架材料的紫外与可见光探测器及其制备方法。本发明方法包括：首先，制备半导体沟道暴露在外的晶体管器件；然后，在半导体沟道上沉积一层光敏性的共价有机框架材料；最后，将器件置于液体环境中，得到高性能的紫外与可见光探测器。本发明以光敏性的共价有机框架材料作为光能吸收材料，在液体辅助下可利用液固界面积累大量电荷，改变半导体沟道的掺杂状态和导电性，从而将光信号转化为电信号。本发明工艺简单，可实现紫外可见光（254纳米–760纳米）探测，响应度高，响应时间短，稳定性好，在信息、通讯、人工智能等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种基于共价有机框架材料的液固界面增强的紫外与可见光探测器及其制备方法。

背景技术

光电信号转换技术是现代信息科技的热点之一，在光学通信、光探测、视频成像以及夜间探测方面有着重要的应用。光电探测器也随着现代科技的发展日渐成熟，常见的光电探测器主要有光伏、光热、光电导以及光栅等几种光电转换原理。在这几类原理中，光栅型光电探测器由于高响应度受到了较大关注。然而，光栅型光电探测器由于其工作原理的限制，难以同时实现高响应度和快响应速度，限制了其实际应用。

共价有机框架材料是一类具有高度共轭性和可设计性的多孔结晶有机材料。由于结构设计后的共价有机框架材料能够容纳大量的光敏基团以高效地吸收光能，在液体辅助下其极高的比表面积也有助于实现液固界面上的大量电荷积累，从而达到极高的光电响应度。与此同时，液体中的粒子运动和共价有机框架材料的共轭平面结构也有利于积累电荷的快速充放，实现光电信号的快速转换。故而，利用液固界面增强效应下的共价有机框架材料作为光栅型光电探测器的光敏层，可以有效地实现高响应度和快响应速度，从而有望于进一步提升这一类光电探测器在实际生产生活中的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应度高、响应速度快、探测波段宽的基于共价有机框架材料的紫外与可见光探测器及其制备方法。

本发明将共价有机框架材料和晶体管器件结合，充分利用共价有机框架材料的较高光敏性和大比表面积的优势，以及液固界面的电荷捕获能力，构筑大表面高电荷容量的光栅层，实现对254纳米–650纳米宽波段的又高又快的光电探测。

本发明提供的基于共价有机框架材料的紫外与可见光探测器的制备方法，具体步骤为：

（1）制备半导体沟道暴露在外的晶体管器件；包括绝缘基底、图案化电极、半导体沟道；

（2）对步骤（1）所得的晶体管器件，在其半导体沟道上沉积光敏性的共价有机框架材料，得到半导体沟道表面均匀分布有共价有机框架材料的晶体管器件；

（3）将步骤（2）所得的器件置于液体中工作，在光照条件下测量电流变化；通过标定电流变化和光照强度的对应关系，得到相应的光照强度。

本发明中，晶体管器件的绝缘基底选自二氧化硅、玻璃、云母、带有介电层的硅片以及绝缘聚合物（如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷）。

本发明中，所述图案化电极的制备方法为热蒸镀、磁控溅射或丝网印刷，电极材料选自金属（如金、银、铜、钛、铝、铬）、导电硅化物、导电高分子或导电碳材料。

本发明中，所述晶体管器件的半导体沟道材料选自元素半导体、化合物半导体或掺杂半导体，如硅、锗、石墨烯、碳纳米管、二氧化锌、三氧化二铟、过渡金属硫族化合物。

本发明中，所述共价有机框架材料选自硼酸类共价有机框架材料、亚胺类共价有机框架材料、三嗪类共价有机框架材料。这些光敏性的共价有机框架材料需经过结构设计，结构单元中含有吸收波长在254纳米–760纳米的光敏官能团，包括共轭稠环或杂环基团，具体如卟啉、酞菁、芘、三嗪、蒽等。