一种纸基宽光谱光电探测器及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种纸基宽光谱光电探测器及其制备方法。


背景技术：

2.光电探测技术已经用于森林火灾、导弹预警、紫外成像、保密通信、空间探测、电气放电检测以及刑事侦探等方面。
3.实现光电探测技术的光电探测器是在衬底上设计有源区和电极的器件，其中衬底材料通常采用聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和聚二甲基硅氧烷(pdms)等柔性聚合物基材，然而，这些基材都难以降解，尤其是为满足下一代智能仪器的要求，逐渐兴起了一次性电子设备，这种难以降解的基材会产生大量的电子垃圾，对环境不友好。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种纸基宽光谱光电探测器及其制备方法，以解决相关技术中难以降解的基材会产生大量的电子垃圾，对环境不友好的问题。
5.第一方面，提供了一种纸基宽光谱光电探测器，其包括：
6.衬底，所述衬底采用纸片制作而成；
7.有源区，所述有源区设于所述衬底上；
8.两个电极，两个所述电极设于所述有源区上。
9.一些实施例中，所述电极的长度为100um～1cm，宽度为100um～1cm。
10.一些实施例中，所述电极的材料包括碳纳米管薄膜、mxene薄膜、石墨烯和moo3量子点薄膜中的一种或几种。
11.一些实施例中，所述有源区的材料包括snse、石墨烯、碳纳米管、ws2、ga2o3、gan、aln、si、tio2中的一种或者多种。
12.第二方面，提供了一种如上所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其包括如下步骤：
13.将有源区的材料涂抹在衬底上；
14.将电极的材料涂抹在有源区的材料两侧；
15.经烘干、退火处理后，得到纸基宽光谱光电探测器。
16.一些实施例中，烘干温度为50～100℃，烘干时间为5min～30min。
17.一些实施例中，退火处理的温度为50～100℃，时间为5min～30min。
18.一些实施例中，所述电极的长度为100um～1cm，宽度为100um～1cm。
19.一些实施例中，所述电极的材料为碳纳米管薄膜。
20.一些实施例中，所述有源区的材料包括snse、石墨烯、碳纳米管、ws2、ga2o3、gan、aln、si、tio2中的一种或者多种。
21.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
22.本技术实施例提供了一种纸基宽光谱光电探测器及其制备方法，本技术提供的光电探测器采用的是纸基，也即所述衬底1采用纸片制作而成，纸在日常生活中很常见，它具有非常大的制造规模和低成本优势，并且有循环利用的回收政策和工业流程。普通纸的价格比较低，远低于晶体硅片和塑料基板，从而使纸张成为构建功能电子器件的替代品和低成本基底的有吸引力的候选者。此外，与聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和聚二甲基硅氧烷(pdms)等柔性聚合物基材不同的是，纸基材是可生物降解的。纸张基材的可回收和可生物降解特性为缓解电子垃圾问题提供了巨大的潜力。
23.因此，本技术采用纸片作为衬底，可以解决相关技术中难以降解的基材会产生大量的电子垃圾，对环境不友好的问题。
24.本技术成本低廉，易于控制，且有利于光电集成，容易产业化，本技术器件上升时间达到0.066s，下降时间达到0.066s，具有响应速度快的优点，同时，探测宽的光谱范围为254nm～1550nm，具有探测宽的光谱范围的优点。
25.由于本技术具有低成本，绿色环保等优势，将为应用在生物医学、大健康、光通信、人机交互等柔性便携光电子器件提供参考。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器示意图；
28.图2为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器在254nm响应的电流随时间变化示意图；
29.图3为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器在405nm响应的电流随时间变化示意图；
30.图4为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器在632nm响应的电流随时间变化示意图；
31.图5为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器在980nm响应的电流随时间变化示意图；
32.图6为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器在1550nm响应的电流随时间变化示意图；
33.图7为本技术实施例提供的纸基宽光谱光电探测器在不同波长辐照下响应度变化示意图。
34.图中：1、衬底；2、有源区；3、电极。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.参见图1所示，本技术实施例提供了一种纸基宽光谱光电探测器，其包括衬底1、有源区2和两个电极3，所述衬底1采用纸片制作而成；所述有源区2设于所述衬底1上；两个所述电极3设于所述有源区2上。
37.本技术提供的光电探测器采用的是纸基，也即所述衬底1采用纸片制作而成，纸在日常生活中很常见，它具有非常大的制造规模和低成本优势，并且有循环利用的回收政策和工业流程。普通纸的价格比较低，远低于晶体硅片和塑料基板，从而使纸张成为构建功能电子器件的替代品和低成本基底的有吸引力的候选者。此外，与聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和聚二甲基硅氧烷(pdms)等柔性聚合物基材不同的是，纸基材是可生物降解的。纸张基材的可回收和可生物降解特性为缓解电子垃圾问题提供了巨大的潜力。
38.因此，本技术采用纸片作为衬底，可以解决相关技术中难以降解的基材会产生大量的电子垃圾，对环境不友好的问题。
39.本技术成本低廉，易于控制，且有利于光电集成，容易产业化，本技术器件上升时间达到0.066s，下降时间达到0.066s，具有响应速度快的优点，同时，探测宽的光谱范围为254nm～1550nm，具有探测宽的光谱范围的优点。
40.由于本技术具有低成本，绿色环保等优势，将为应用在生物医学、大健康、光通信、人机交互等柔性便携光电子器件提供参考。
41.需要说明的是，衬底可以采用a4纸、a3纸等。
42.优选地，所述电极3的长度为100um～1cm，宽度为100um～1cm。
43.上述电极3的材料的材料有多种选择，比如，作为示例，所述电极3的材料包括碳纳米管薄膜、mxene薄膜、石墨烯和moo3量子点薄膜中的一种或几种，更为具体地，采用单壁碳纳米管薄膜。
44.上述有源区2的材料的材料有多种选择，比如，作为示例，所述有源区2的材料包括snse、石墨烯、碳纳米管、ws2、ga2o3、gan、aln、si、tio2中的一种或者多种。
45.硒化锡(snse)是iv-vi硫族化物的一种，具有典型的2d层状结构。sn和se原子化学键合到原子双层片上，并且层之间通过弱范德华(vdw)力连接，易于剥离成单层纳米片。snse不仅由于其高达～105cm-1
的吸收系数而表现出优异的光电性能，而且由于其非谐波性而产生了高的热电品质因子(2.6
±
0.3)。这些优异的性能使其成为光电子和热电子领域的杰出材料。snse通过其固有的光热电协同机制开发新型光电探测器将具有巨大的潜力。
46.本技术实施例还提供了一种纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其包括如下步骤：
47.101：用玻璃棒将有源区2粉末状的材料涂抹在衬底1上。
48.102：将电极3的材料涂抹在有源区2的材料两侧，以形成电极3。
49.103：经烘干、退火处理后，得到纸基宽光谱光电探测器。
50.其中，烘干温度为50～100℃，烘干时间为5min～30min。
51.退火处理的温度为50～100℃，时间为5min～30min。
52.其中，所述电极3的长度为100um～1cm，宽度为100um～1cm。
53.上述电极3的材料的材料有多种选择，比如，作为示例，所述电极3的材料为碳纳米管薄膜，更为具体地，采用单壁碳纳米管薄膜。
54.上述有源区2的材料的材料有多种选择，比如，作为示例，所述有源区2的材料包括snse、石墨烯、碳纳米管、ws2、ga2o3、gan、aln、si、tio2中的一种或者多种。
55.实施例
56.一种纸基宽光谱光电探测器，其包括衬底1、有源区2和两个电极3，所述衬底1采用a4纸；所述有源区2设于所述衬底1上，所述有源区2的材料为snse；两个所述电极3设于所述有源区2上，所述电极3采用单壁碳纳米管薄膜，所述电极3的长度为500um，宽度为100um。
57.对上述光电探测器进行测试，测试结果如图2～图7所示。
58.从图2中可以看到，本实施例的光电探测器上升时间达到0.066s，下降时间达到0.066s，可见其具有响应速度快的优点。
59.结合图2～图6来看，本实施例的光电探测器可以探测254nm-1550nm范围波段的光波，具有宽光谱探测的性能。且从图7中来看，不同波长的响应度大致差不多，可见在这个波段范围内器件响应比较稳定。
60.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
61.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种纸基宽光谱光电探测器，其特征在于，其包括：衬底(1)，所述衬底(1)采用纸片制作而成；有源区(2)，所述有源区(2)设于所述衬底(1)上；两个电极(3)，两个所述电极(3)设于所述有源区(2)上。2.如权利要求1所述的纸基宽光谱光电探测器，其特征在于：所述电极(3)的长度为100um～1cm，宽度为100um～1cm。3.如权利要求1所述的纸基宽光谱光电探测器，其特征在于：所述电极(3)的材料包括碳纳米管薄膜、mxene薄膜、石墨烯和moo3量子点薄膜中的一种或几种。4.如权利要求1所述的纸基宽光谱光电探测器，其特征在于：所述有源区(2)的材料包括snse、石墨烯、碳纳米管、ws2、ga2o3、gan、aln、si、tio2中的一种或者多种。5.一种如权利要求1所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：将有源区(2)的材料涂抹在衬底(1)上；将电极(3)的材料涂抹在有源区(2)的材料两侧；经烘干、退火处理后，得到纸基宽光谱光电探测器。6.如权利要求5所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其特征在于：烘干温度为50～100℃，烘干时间为5min～30min。7.如权利要求5所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其特征在于：退火处理的温度为50～100℃，时间为5min～30min。8.如权利要求5所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其特征在于：所述电极(3)的长度为100um～1cm，宽度为100um～1cm。9.如权利要求5所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其特征在于：所述电极(3)的材料为碳纳米管薄膜。10.如权利要求5所述的纸基宽光谱光电探测器的制备方法，其特征在于：所述有源区(2)的材料包括snse、石墨烯、碳纳米管、ws2、ga2o3、gan、aln、si、tio2中的一种或者多种。

技术总结
本申请涉及一种纸基宽光谱光电探测器及其制备方法，其包括衬底、有源区和两个电极，所述衬底采用纸片制作而成，所述有源区设于所述衬底上，两个所述电极设于所述有源区上。本申请采用纸片作为衬底，可以解决相关技术中难以降解的基材会产生大量的电子垃圾，对环境不友好的问题。本申请成本低廉，易于控制，且有利于光电集成，容易产业化，本申请器件上升时间达到0.066s，下降时间达到0.066s，具有响应速度快的优点，同时，探测宽的光谱范围为254nm～1550nm，具有探测宽的光谱范围的优点。由于本申请具有低成本，绿色环保等优势，将为应用在生物医学、大健康、光通信、人机交互等柔性便携光电子器件提供参考。光电子器件提供参考。光电子器件提供参考。


技术研发人员：姜天才 陶金 肖希
受保护的技术使用者：武汉邮电科学研究院有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/13