一种柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外光探测器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体材料及其制备领域，具体涉及一种柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外 光探测器及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 紫外光探测器在很多应用场合均有很高的应用价值。军用方面可用于宇航探测、 战斗机尾焰跟踪、导弹尾焰跟踪等；民用方面可用于高压电晕检测、紫外指纹检测、火焰探 测等。半导体紫外光探测器性能稳定、使用方便，已经广泛应用于生产和生活中。但是，目前 用半导体材料制备的紫外光探测器大都是刚性固体，无法弯曲或折叠，在一些需要进行相 对运动的设备特殊部位安装使用不便。研制可以随意折叠弯曲柔性薄膜型紫外光探测器， 能弥补常规半导体刚性紫外光探测器在这一方面的不足。
[0003] PEDOT (聚3, 4-乙撑二氧噻吩）是一种高分子有机半导体材料。具有导电率高、环 境稳定性好、价格低廉等优点。PH)〇T具有很好的柔韧性，在厚度不大的情况下可以随意弯 曲折叠。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种具有优秀响应度能力 的柔性薄膜型紫外光探测器及其制备方法。
[0005] 本发明的具体技术方案：
[0006] -种柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外光探测器，包括柔性基底、光敏薄膜和电极；所述 的光敏薄膜包括PEDOT :PSS与氧化锌的混合物，且在氧化锌中掺杂Na和N。
[0007] 具体的，按质量比计，在光敏薄膜中PEDOT与ZnO的比为7:1 ;按原子质量百分比 计，氧化锌中掺杂Na的量为5%，氧化锌中掺杂N的量为6% ;按质量百分比计，PEDOT :PSS 中PSS的掺入量为1.6%。
[0008] 更具体的，所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，所述的电极为Au/Ti叉 指电极。
[0009] 制备所述的柔性薄膜型PEDOT-ZnO紫外光探测器的方法，包括采用溶胶凝胶法制 备掺杂Na和N的ZnO,将掺杂有Na和N的ZnO与PED0T:PSS制备成混合胶体，将混合胶体 旋涂在柔性基底上并通过共溅射方法在柔性基底上制备电极，即得PEDOT-ZnO柔性薄膜型 紫外光探测器。
[0010] 具体的，所述的溶胶凝胶法制备掺杂Na和N的ZnO包括以乙酸锌溶液、硝酸钠溶 液和乙酸铵溶液为原料进行制备，乙酸锌的浓度为0. 〇lmol/L，硝酸钠的浓度为0. 001~ 0. 01mol/L，乙酸铵的浓度为0. 01~0. lmol/L。
[0011] 进一步的，在将掺杂有Na和N的ZnO材料与PEDOT: PSS制备成混合胶体前对掺杂 有Na和N的ZnO进行热处理，所述的热处理条件包括氧气和氩气压力比为1:1的氛围及 800。。。
[0012] 更具体的，将掺杂有Na和N的颗粒直径为200~800nm的ZnO粉末与PEDOT: PSS 制备成混合胶体。
[0013] 再具体的，所述的共溅射制备电极的方法包括利用Au靶和Ti钯在20Pa氩气氛围 下共溅射在柔性基底上做成Au/Ti电极。
[0014] 本发明的有益效果为：
[0015] (1)纯净的PEDOT和ZnO材料之间具有势皇，对两者复合材料体系的光电导特性有 着严重影响，本发明制备方法中的材料经过了基于能带工程设计的掺杂，消除了两者原有 的界面势皇，使PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探测器具有优秀的光电导响应特性；
[0016] (2)和同尺寸、同形状的基于单一 PEDOT或ZnO材料的器件相比，本发明制备的 PEDOT-ZnO复合材料器件具有更优秀的光敏特性。单一 PEDOT体系的器件几乎没有紫外响 应，ZnO体系的器件具有紫外响应，而与前两者相比PEDOT-ZnO复合材料器件的紫外光响应 度提高非常显著；
[0017] (3)本发明制备的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探测器是一种柔性半导体紫外光 探测器，解决了现有的半导体紫外光探测器大都是刚性器件，在一些需要进行相对运动的 设备特殊部位安装使用不便的问题，同时常规的刚性半导体光探测器的光敏薄膜大都需要 真空系统制备，设备昂贵导致制备成本很高，本制备方法核心的光敏薄膜制备过程无需真 空环境，流程简单，成本低廉。
【附图说明】
[0018] 图1是实施例一制备的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探测器的光暗IV曲线；
[0019] 图2是实施例一制备的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探测器的响应谱；
[0020] 以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做具体说明。
【具体实施方式】
[0021] 现有的半导体紫外光探测器大都是刚性器件，在一些需要进行相对运动的设备特 殊部位安装使用不便，基于此，本发明采用PEDOT (聚3, 4-乙撑二氧噻吩）与氧化锌一起制 备成软性的紫外光探测器，该紫外光探测器为光电导型紫外光探测器，光电导型紫外光探 测器包括柔性基底、光敏薄膜和电极；光敏薄膜旋涂在柔性基底上，将电极与光敏薄膜连接 进行导电，但是在制备的过程中发现纯净的PEDOT和ZnO材料之间具有势皇，对两者复合材 料体系的光电导特性有着严重影响；
[0022] 本发明提出的采用有机半导体材料PEDOT和无机半导体材料ZnO结合而成的 PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探测器及其制备方法，目前尚未见相同或相近的专利和文献 报道；本发明要解决的技术问题是，利用掺杂解决PEDOT/ZnO界面态和界面势皇影响器件 光敏性能的问题，因为界面态和界面势皇会导致电子在ZnO和PEDOT之间进行输运时受到 严重阻滞，并且许多光生载流子被界面复合消耗，从而严重降低光电流并导致电流电压关 系非线性化，影响光电导探测器的光敏性能。利用旋涂法制备出PEDOT-ZnO柔性薄膜，并制 备出具有优秀光敏性能的PEDOT-ZnO柔性薄膜型紫外光探测器。
[0023] 面对上述困难，发明人欲通过在氧化锌材料中掺杂其他元素来克服上述问题，通 过大量的实验筛选发现，将Na与N共同掺杂进氧化锌材料后与掺杂PSS (聚苯乙烯磺酸） 后的PEDOT即PEDOT:PSS材料一起制备成柔性的紫外光探测器，解决了纯净的PEDOT和ZnO 材料之间具有势皇问题；
[0024] PED0T:PSS是掺杂PSS后的PEDOT高分子聚合物，具有优良的导电率。随着掺杂 PSS的量不同的材料导电率也不同。本发明采用的PED0T:PSS溶液购自武汉思诺富宏科技 有限公司。
[0025] 本发明的紫外光探测器为光电导型紫外光探测器，光电导型紫外光探测器包括柔 性光敏薄膜和在薄膜上的电极，柔性光敏薄膜为旋涂在透明柔性塑料膜上的PEDOT-ZnO薄 膜，按质量比计，PH)〇T和ZnO的比例为7:1 ;Na与N在氧化锌中的原子质量百分比分别为 5%和6%，电极为Au/Ti叉指电极；按质量百分比计，PEDOT :PSS材料中PSS的掺入量为 1. 6%〇
[0026] 以下结合具体实施例对本发明的紫外光探测器的制备原料和制备方法做具体说 明：
[0027] 实施例1 :
[0028] 步骤1 :采用溶胶凝胶法以乙酸锌、硝酸钠和乙酸铵为原料制备出掺杂的ZnO材 料，步骤如下：配置含有〇· Olmol/L乙酸锌、0· OOlmol/L硝酸钠和0· Olmol/L乙酸铵混合溶 液，加热至90摄氏度后加入PVA至浓度0. 5g/L，搅拌2小时再静置至常温搅拌1小时形成 ZnO胶体。将胶体置于玻璃杯中，放入烘箱烘干。
[0029] 步骤2 :将烘干后的ZnO放入气氛炉中，在压力比为1:1的氧气和氩气氛围中进行 800°C热处理。再将ZnO放入球磨机中，利用摆震频率1200周/分钟的球磨机将热处理后 的ZnO在碾磨72小时，得到平均颗粒直径约500nm的ZnO: (Na, N)粉末。
[0030] 步骤3 :将ZnO: (Na，N)粉末和PED0T:P