一种用于纸基材料的光电探测器及其溶液法制备的制作方法

本发明涉及印刷电子技术领域，尤其涉及一种用于纸基材料的光电探测器及其溶液法制备。

背景技术：

在现代生活中，随着金融交易额度日益增大，纸基材料(纸币和印刷文件)的真伪识别尤为重要，不同的光电探测器(点钞机等)被大量用于众多交易场所。而开发低成本、高准确度和环保型光电探测技术非常必要。

现有技术中，常见的纸基材料光电探测技术(例如：点钞机)包括：依据真纸币由特殊纤维纸制造，对近紫外光接近完全吸收(无反射)；假币由常规纤维纸制造，对近紫外光无吸收(有反射)的特性，通过近紫外光探测器接收假币反射的近紫外光，从而实现判断纸币真假的作用。

传统的光探测器依赖硅基材料，但由于硅基材料的带隙较窄(si：1.12ev)，导致此类光探测器同时对近紫外光和可见光存在吸收，导致近紫外光探测器的抗干扰能力较差，在高性能点钞机的应用有局限性。而氧化锡(3.67ev)等宽带隙半导体在可见光波段吸收微弱，对近紫外光波段的高能量光存在强吸收作用，可以有效提高近紫外光探测器抗干扰能力。

当前的光探测器制备主要依赖真空法，存在设备成本高昂，制备流程繁杂，需要高真空条件等限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服目前点纸基材料所应用的近紫外光探测器的缺点和不足，提供一种低成本、高准确度和环保型的用于纸基材料的光电探测器及其溶液法制备。

本发明采用溶液法制备了基于sno2:si/sno2:ga同质结结构的近紫外光探测器，利用了氧化锡宽禁带宽度的特性，实现光传感器的高灵敏度和高抗干扰特性。同时本发明所采用的工艺简单，原料成本低廉，对于大面积、大规模的工业生产具备鲜明的参考价值。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于纸基材料的光电探测器溶液法制备方法，包括如下步骤：

步骤一：选择锡金属盐作为前驱体，溶于醇类溶剂并放置在磁力搅拌器搅拌48h后形成均一、澄清的溶液；然后分别向该溶液掺杂硅掺杂剂和镓掺杂剂配制sno2:si前驱体溶液、sno2:ga前驱体溶液；

步骤二：采用注射器和0.22μm口径的有机相针式过滤器过滤溶液，以去除溶液中的不溶物，避免薄膜表面杂质颗粒的生成；将过滤好溶液放置在超声处理器中超声处理；

步骤三：对ito基板进行plasma处理，增强溶液在基板的浸润效果和粘附性；

步骤四：采用匀胶机在ito基板上依次旋涂并退火处理制备sno2:ga薄膜、sno2:si薄膜；

步骤五：利用溅射、蒸镀或者印刷设备在sno2:si薄膜上制备al薄膜作为电极，完成基于sno2:si/sno2:ga同质结结构的近紫外光探测器制备。

上述步骤一所述锡金属盐优选为：二水合二氯亚锡(sncl2·2h2o)或者五水合四氯化锡(sncl4·5h2o)。

上述步骤一所述醇类溶剂优选为：无水乙醇或者乙二醇甲醚；当然根据具体应用，也可以采用水作为溶剂。

上述步骤一所述醇类溶剂优选浓度为0.1～0.6mol/l。

上述步骤一所述硅掺杂比例优选：10at.％-15at.％；镓掺杂比例优选：10at.％；

上述步骤二所述超声处理时间优选为10～15min。

上述步骤三所述plasma处理ito基板的功率优选为100～150w，时间优选为6-12min。

上述步骤四所述匀胶机旋涂转速优选为4500～6000rpm，时间优选为20～30s。

上述步骤四所述退火处理过程中，退火温度优选为：250℃-350℃。

由上述方法获得的一种用于纸基材料的光电探测器。

本发明通过溶液法制备了基于sno2:si/sno2:ga同质结结构的近紫外光探测器。所制备的sno2:si薄膜和sno2:ga薄膜均对集中在410nm附近的近紫外光表现强烈的吸收效果。当从黑暗环境转到近紫外光照环境时，探测器的电流转变很大，电流提升两个量级，表现出优秀的近紫外敏感性。同时，测试发现，探测器对集中在630nm附近的红光和分布于550nm-700nm的黄光响应微弱，响应电流和紫光照射下的电流相比可以忽略不计，探测器表现出良好的抗干扰性能。在纸基材料的光电探测器(点钞机等)应用上具备优势和潜力。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)、本发明涉及的近紫外光探测器具备优秀的近紫外敏感性，灵敏度高，抗干扰性强，适合应用于纸基材料的光电探测器(点钞机等)。

(2)、本发明涉及的近紫外光探测器制备成本低廉，工艺简单，适合于大面积、大规模的工业生产。本发明具备无毒环保、简单快速、普适性强的优点。

(3)、本发明涉及的近紫外光探测器除玻璃衬底外，其它各功能层材料均具备良好的机械耐磨性和柔韧性，适合转移到柔性基板制备柔性近紫外光探测器。

(4)、同现有技术相比，本发明涉及的近紫外光探测器无需加热器，在室温下即可正常工作。

而溶液法工艺简单、制备成本低廉，适合大面积制备，适合大面积、大规模的工业生产。

附图说明

图1为本实例中基于sno2:si/sno2:ga同质结结构的近紫外光探测器结构图。

图2为实例1中sno2:10at.％si/sno2:10at.％ga同质结结构近紫外光探测器分别在黑暗环境、红光、黄光、近紫外光照射下的i-v曲线。

图3为实例2中sno2:15at.％si/sno2:10at.％ga同质结结构近紫外光探测器分别在黑暗环境、红光、黄光、近紫外光照射下的i-v曲线(插图为在黑暗环境、红光、黄光照射下的i-v曲线)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

基于sno2:10at.％si/sno2:10at.％ga同质结结构的近紫外光探测器制备流程如下：

(1)、分别取适量sncl2·2h2o和硅酸四乙酯(teos)、水合硝酸镓(ga(no3)3·xh2o)溶解于无水乙醇，配锡浓度为0.5mol/l、硅掺杂比例为10at.％、镓掺杂浓度为10at.％的sno2:si、sno2:ga前驱体溶液，将溶液密封放置在磁力搅拌器充分搅拌48h使其均匀备用。将溶液用0.22μm口径的机相针式过滤器过除去不溶性颗粒,避免颗粒杂质形成。再将溶液超声处理10min除去气泡备用。

(2)、对洁净的ito基板plasma处理10min，功率为120w。取50ulsno2:ga溶液滴于基板上，采用kw-4a型匀胶机旋涂制膜，以5000rpm旋涂20s，重复三次增加薄膜厚度，然后在空气中300℃退火1h，完成sno2:ga薄膜制备。然后在该薄膜上同样工艺制备sno2:si薄膜。

(3)、利用蒸镀设备在sno2:si薄膜上制备厚度为80nm的al薄膜作为电极，完成sno2:10at.％si/sno2:10at.％ga同质结结构的近紫外光探测器制备。

对上述工艺流程制备的近紫外光探测器在近紫外光照射下的电流响应进行测试，同时测试了该探测器在黑暗环境、红光、黄光照射下的电流响应，光照度为1200lx。测试结果如图2所示，该探测器在近紫外光照射下电流相较黑暗环境电流提升接近2个量级，具备优秀的近紫外光敏感性。同时该探测器对红光、黄光的响应十分微弱。

实施例2

基于sno2:15at.％si/sno2:10at.％ga同质结结构的近紫外光探测器制备流程如下：

(1)、分别取适量sncl2·2h2o和硅酸四乙酯(teos)、水合硝酸镓(ga(no3)3·xh2o)溶解于无水乙醇，配锡浓度为0.5mol/l、硅掺杂比例为15at.％、镓掺杂浓度为10at.％的sno2:si、sno2:ga前驱体溶液，将溶液密封放置在磁力搅拌器充分搅拌48h使其均匀备用。将溶液用0.22μm口径的机相针式过滤器过除去不溶性颗粒,避免颗粒杂质形成。再将溶液超声处理10min除去气泡备用。

(2)、对洁净的ito基板plasma处理10min，功率为120w。取50ulsno2:ga溶液滴于基板上，采用kw-4a型匀胶机旋涂制膜，以5000rpm旋涂20s，重复三次增加薄膜厚度，然后在空气中300℃退火1h，完成sno2:ga薄膜制备。然后在该薄膜上同样工艺制备sno2:si薄膜。

(3)、利用蒸镀设备在sno2:si薄膜上制备厚度为80nm的al薄膜作为电极，完成sno2:15at.％si/sno2:10at.％ga同质结结构的近紫外光探测器制备。

对上述工艺流程制备的近紫外光探测器在近紫外光照射下电流响应进行测试，同时测试了该探测器在黑暗环境、红光、黄光照射下的电流响应，光照度为1200lx。测试结果如图3所示，该探测器的响应电流在近紫外光照射下相较黑暗环境转变极大，电流提升两个量级，具备优秀的近紫外光敏性。同时该探测器对红光、黄光的响应十分微弱，响应电流和紫光照射下的电流相比可以忽略不计，探测器表现出良好的抗干扰性能。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。