[发明专利]一种微米级的核壳异质结自驱动紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微米级的核壳异质结自驱动紫外探测器及其制备方法，其以高质量的单根氮化镓微米线为核芯，以p型有机PTAA材料为壳层，设置第一电极与单根n型氮化镓微米线接触，第二电极与p型PTAA薄层接触，实现了单根GaN微米线与PTAA层结合的有机无机杂糅异质结。该结构中，PTAA具有高的导电率和室温稳定性，其包裹GaN微米线的表面增加了异质结的接触面积和空间电荷区的面积，保证光吸收主要发生在空间电荷区，有效抑制了光生载流子的复合，提高了紫外探测器响应度和稳定性。

技术领域

本发明涉及微型光电探测技术领域，尤其涉及一种微米级的核壳异质结自驱动紫外探测器及其制备方法。

背景技术

光探测器的工作原理是将捕获的光信号转变成电信号，从而实现探测。根据其响应的光信号波段，光探测器可分为紫外探测器、可见光探测器和红外探测器等。紫外探测器技术在导弹追踪、天文探索、环境检测、安全通信、火焰探测、视频成像等军事和民用领域有着广泛的应用。作为宽禁带半导体材料的代表，氮化镓(GaN)材料因为其合适的禁带宽度(3.4eV)、未掺杂时为n型以及稳定的化学性质等被认为是一种理想的紫外探测器材料。并且随着材料科学的不断发展进步，材料不断向低维度，小尺寸方面发展。在一维纳米结构中，微/纳米线相比于体材料具有更好的晶体质量，更大的体表面积，更高的吸光效率，因而许多基于氮化镓微纳米线结构的光电探测器应运而生。

基于单纯氮化镓的金属-半导体-金属(MSM)结构的探测器件主要在光电导模式下进行工作，存在灵敏度低、响应速度慢等缺点，且一般需要在外加偏压的情况下才能工作。近年来，自驱动的异质结紫外探测器由于在其界面处存在的内建电场可以实现电子空穴对在无偏压的条件下快速有效的分离和载流子的高效率传输而受到广泛的关注。然而传统的无机p型材料，由于晶格失配大和制备工艺复杂，限制了它的应用；传统的有机p型材料，如PEDOT:PSS，与氮化镓结合制备的紫外探测器存在p型层易吸水，室温不能稳定存在的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的在于提供一种微米级的核壳异质结自驱动紫外探测器，通过在氮化镓微米线上包裹一层PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])薄膜形成异质p-n结，具备高质量的内建电场的紫外探测器具有的高响应速度、高光暗电流比、可见光盲、高探测率等优点，并实现了超微弱紫外光信号的探测和器件的自供电工作。

本发明的另一个目的在于提出了一种微米级的核壳异质结自驱动紫外探测器的制备方法。该制备方法简单、可行性高，有利于实际生产应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微米级的核壳异质结自驱动紫外探测器，包括基底，单根n型氮化镓微米线，沿其长度方向设置于所述基底的表面；

p型有机PTAA壳层，其包裹所述单根n型氮化镓微米线远离所述基底的表面；

第一电极层，覆盖于所述氮化镓微米线表面的一端，与所述PTAA层互不接触；

第二电极层，覆盖于所述PTAA层表面的一端；

其中，所述氮化镓微米线与所述PTAA壳层形成核壳异质pn结。

进一步地，所述PTAA壳层的厚度为50nm至300nm。

进一步地，采用旋涂的方法将p型PTAA有机溶液旋涂于单根GaN微米线的表面，该有机溶液中PTAA为溶质，氯苯为溶剂。之后经热退火后获得厚度均匀的p型PTAA壳层。

进一步地，所述氮化镓微米线的横截面为梯形，所述梯形的高度为4μm至6μm，所述氮化镓微米线的长度为200μm至500μm。

进一步地，所述PTAA壳层的厚度优选130nm。

进一步地，所述第一电极优选铟或银，其厚度为60至200nm；所述第二电极优选银或铟，其厚度为60至200nm。