一種NiO納米線紫外光探測器及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種NiO納米線紫外光探測器及其制備方法與應(yīng)用。該探測器包括基底層、SiO2薄膜層、光敏層、叉指電極、第一引線和第二引線；SiO2薄膜層平行附著在所述基底層上；光敏層和叉指電極分別平行設(shè)置在SiO2薄膜層上，光敏層和叉指電極相接觸連接，光敏層設(shè)置在叉指電極上層或者下層；第一引線和第二引線分別與叉指電極的兩個電極相連接；光敏層為平行于基底層的有序排列的NiO納米線陣列。本發(fā)明的紫外光探測器采用平行于基底的、大面積有序排列的NiO納米線，具有靈敏度高，測量范圍廣，可實現(xiàn)連續(xù)波段或各波段的紫外光探測，制備簡單，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)，在實際應(yīng)用上具有廣闊前景。
【專利說明】 一種N1納米線紫外光探測器及其制備方法與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種N1納米線紫外光探測器及其制備方法與應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體光電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]紫外光探測在環(huán)境監(jiān)測、生物效應(yīng)、污染監(jiān)測、保密通信、空間探測等方面具有非常重要的應(yīng)用。與紅外光探測器相比，新型紫外光探測器具有高溫下穩(wěn)定性強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)勢，因此受到人們的廣泛關(guān)注與研究。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光傳感器，由于對紫外光的靈敏度相對較弱，在做紫外光探測器時需要濾波，非常影響使用；人們利用GaN、BN和金剛石等半導(dǎo)體制備的紫外光探測器，工藝復(fù)雜，成本很高，很難實際投入生產(chǎn)；目前人們一直在探索成本低廉、相應(yīng)迅速的新型紫外光探測器。
[0003]近年來，一維納米材料在探測器方面的潛在用途引起了人們的極大關(guān)注。如今，已經(jīng)有利用納米線制作紫外光探測器的報道，例如:Venkata Chivukula等(VenkataChivukula,Daumantas Ciplys, Michael Shur，and Partha Dutta，ZnO nanoparticlesurface acoustic wave UV sensor, Applied Physics Letters, 2010.96,233512)和C.J.Lin 等(C.J.Lin, W.Y.Yu and S.H.Chien，Rough conical-shaped Ti02_nanotubearrays for flexible back illuminated dye-sensitized solar cells, Applied PhysicsLetters, 2008.93:133107)使用了納米線制作紫外光探測器，他們使用的納米線均為寬帶隙半導(dǎo)體材料，如ZnO和Ti02等。
[0004]雖然ZnO納米線制作的紫外光探測器具有響應(yīng)度高、抗輻射等優(yōu)點，但它難承受酸堿腐蝕，不適用于惡劣的環(huán)境；而Ti02納米線制作的紫外光探測器有非常強(qiáng)的紫外光吸收特性、耐高溫、性質(zhì)穩(wěn)定,但其檢測波段較窄。
[0005]N1納米線制作的紫外光探測器，則同時具有響應(yīng)度高、測量范圍廣和性質(zhì)穩(wěn)定的特點。目前報道的該類紫外光探測器，生長方向垂直于基底平面，并依靠部分未溶解的模板作為支撐形成陣列。雖然有序性有所提高，但與電極部分接觸少，這必然會影響探測器的靈敏度和穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種N1納米線紫外光探測器及其制備方法與應(yīng)用，能夠提高現(xiàn)有N1類紫外光探測器的靈敏度和穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
[0008]一種N1納米線紫外光探測器，其特征在于:該探測器包括基底層、Si02薄膜層、光敏層、叉指電極、第一引線和第二引線；
[0009]所述Si02薄膜層平行附著在所述基底層上；
[0010]所述光敏層和所述叉指電極分別平行設(shè)置在所述Si02薄膜層上，所述光敏層和所述叉指電極相接觸連接，所述光敏層設(shè)置在所述叉指電極上層或者下層；
[0011]所述第一引線和所述第二引線分別與所述叉指電極的兩個電極相連接；
[0012]所述光敏層為平行于基底層的有序排列的N1納米線陣列。
[0013]本發(fā)明主要在于選擇平行于基底、有序排列的N1納米線陣列作為光敏層制作紫外光探測器，這種排列方式較垂直與基底的方式有效增加了與電極的接觸面積，提高了探測器的靈敏度和穩(wěn)定性。本發(fā)明探測器與其它結(jié)構(gòu)(例如測量元件、數(shù)據(jù)處理元件等，可以參照現(xiàn)有技術(shù)類似產(chǎn)品的結(jié)構(gòu))連接，即可最終制得應(yīng)用狀態(tài)的N1納米線紫外光探測器。
[0014]本發(fā)明的N1納米線是由Ni納米線經(jīng)過施加磁場進(jìn)行定向排列，然后經(jīng)高溫氧化獲得的。
[0015]上述的N1納米線紫外光探測器中，所述基底層為110晶向的單拋硅片；Si02薄膜層由硅片高溫氧化形成，作為絕緣層。
[0016]上述的N1納米線紫外光探測器中，優(yōu)選的，所述N1納米線陣列的納米線為平行排列的納米線，其排列方向與叉指方向垂直，其長度為5μηι-50μηι,直徑為50_500nm,分布密度為 1000-5000 根 /mm。
[0017]上述的N1納米線紫外光探測器中，優(yōu)選的，當(dāng)所述光敏層設(shè)置在所述叉指電極下層時，N1納米線陣列的納米線的直徑為200nm,分布密度為3000根/mm ;當(dāng)所述光敏層設(shè)置在所述叉指電極上層時，N1納米線陣列的納米線直徑為200nm，分布密度為5000根/mmD
[0018]上述的納米線可通過改變電沉積時間來控制納米線長度。納米線分布密度是指單位長度內(nèi)平行分布的納米線的數(shù)量。
[0019]上述的N1納米線紫外光探測器中，優(yōu)選的，所述叉指電極的指寬為5-100 μ m、指間距為5-100 μ m、指長為l-5mm ;更優(yōu)選的，所述叉指電極的指寬為10 μ m、指間距為10 μ m、指長為1mm。
[0020]上述的N1納米線紫外光探測器中，優(yōu)選的，所述叉指電極的兩極為膜厚500nm-2 μ m的金屬膜電極；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述叉指電極的兩極為Ag電極，其膜厚為500nmo
[0021]上述的N1納米線紫外光探測器中，電極還可以為線狀電極、圓形電極、片狀電極等，所述的電極制備可以采用真空鍍膜、化學(xué)沉積、濺射鍍膜等方法；根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案優(yōu)選叉指電極，其材料可以為T1、Au、Ag、Cu等金屬。叉指電極具體形狀、大小可以根據(jù)需要選擇。進(jìn)一步地，所述叉指電極的指寬和指間距為ΙΟμπι，指長為1mm，連接電極部分(固定引線的電極與引線的連接部分)的面積為2X2mm2。
[0022]本發(fā)明還提供一種上述的N1納米線紫外光探測器的制備方法，包括如下步驟:
[0023]納米線的生長:用模板制備Ni納米線，溶解模板，釋放納米線；
[0024]納米線的排列:將單晶硅片(例如在管式爐中)高溫氧化，在其表面形成S12薄膜層，在磁場中，將Ni納米線排列于S12薄膜層表面；
[0025]納米線的氧化處理:將排列好的Ni納米線在高溫中氧化得到N1納米線；
[0026]制備叉指電極:在排有N1納米線的S12薄膜層表面進(jìn)行光刻膠，用掩膜技術(shù)將準(zhǔn)備生長叉指電極的部分曝光清洗，用磁控濺射的方法鍍上金屬電極，洗掉剩余光刻膠；
[0027]連接引線:從叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，即得到N1納米線紫外光探測器。
[0028]本發(fā)明還提供一種上述的N1納米線紫外光探測器的制備方法，包括如下步驟:
[0029]制備叉指電極:將單晶硅片高溫氧化，在其表面形成Si02薄膜層，在Si02薄膜層表面進(jìn)行光刻膠，將準(zhǔn)備生長叉指電極的部分曝光清洗，用磁控濺射的方法鍍上金屬電極，剝離剩余光刻膠；
[0030]納米線的生長:用模板制備Ni納米線，溶解模板，釋放納米線；
[0031]納米線的排列:在磁場中，將Ni納米線排列于金屬電極的上層；
[0032]納米線的氧化處理:將排列好的Ni納米線在高溫中氧化得到N1納米線；
[0033]連接引線:從叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，即得到N1納米線紫外光探測器。
[0034]上述的制備方法中，進(jìn)行光刻膠可以采用旋涂光刻膠的方式進(jìn)行，旋涂光刻膠一般只用單層膠工藝，但在濺射好電極后，清洗剩余光刻膠時清洗液不容易接觸到濺射材料下層的剩余光刻膠，容易殘留光刻膠，剝離不好叉指電極。我們使用了兩層不同的膠，利用兩種不同膠的感光速率不同，光刻后形成下層寬，上層窄的叉指形狀，在濺射好電極，清洗叉指電極部分剩余光刻膠時，有利于清洗液的浸入，從而清洗光刻膠，達(dá)到剝離叉指電極的效果。優(yōu)選的，所述進(jìn)行光刻膠包括旋涂兩層不同膠的步驟，其中，底層膠甩膠為1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠膠甩膠為3000-8000轉(zhuǎn)/分鐘；優(yōu)選的，底層膠甩膠為2000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠甩膠為6000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0035]上述的制備方法中，曝光可以采用紫外曝光，曝光的時間為Ι-lOs ;優(yōu)選的，曝光的時間為3s。
[0036]上述的制備方法中，進(jìn)行磁控濺射時，濺射速度不能太快，保持5-100nm/min的速度，根據(jù)所需厚度選擇濺射時間長短。優(yōu)選磁控濺射的參數(shù)為腔體內(nèi)壓強(qiáng)e.0x1—ipa，濺射時間為lOmin。
[0037]本發(fā)明的制備方法中:
[0038]釋放納米線的方法是將模板放入王水中5-10min，使模板溶解，釋放出Ni納米線，再用去離子水、無水乙醇交替清洗Ni納米線；
[0039]第一引線和第二引線通過銀膠結(jié)分別固定在叉指電極的兩極上；第一引線和第二引線優(yōu)選直徑0.05mm的銅導(dǎo)線。
[0040]單晶硅片高溫氧化的條件為:管式爐高溫氧化，保持氧氣氣氛，保持1000°C氧化3h，得到作為絕緣層的Si02薄膜。
[0041]本發(fā)明的制備方法中，制備Ni納米線是采用電化學(xué)沉積法、溶膠-凝膠法或者電泳沉積法在背面鍍有金屬膜的陽極氧化鋁模板中生長得到的，Ni納米線的直徑通過氧化鋁模板的孔徑的改變而改變；優(yōu)選的，所述用模板制備Ni納米線是利用氧化鋁模板通過電化學(xué)沉積法制備Ni納米線，其所用氧化鋁模板的孔徑為50-500nm，膜厚為50 μ m;更優(yōu)選的，利用氧化鋁模板通過電化學(xué)沉積法制備Ni納米線所用氧化鋁模板的孔徑為200nm ;所述電化學(xué)沉積法進(jìn)行的條件為:用NiS04.6Η20的稀硫酸溶液，保持3mA/cm2的恒流進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為30min-3h。
[0042]上述的電化學(xué)沉積法可以參考現(xiàn)有技術(shù)，其具體參數(shù)并不影響本發(fā)明首要目的的實現(xiàn)，而為進(jìn)一步提高本發(fā)明所用納米線的質(zhì)量，根據(jù)具體實施方案，所述電化學(xué)沉積法的條件為:向濃度為80g/L的NiS04.6H20溶液和濃度為45g/L的Η3Β04溶液組成的混合溶液中,加入稀硫酸溶液,PH值調(diào)節(jié)至3 ;以6mA/cm2的恒流電流進(jìn)行反應(yīng)2min,接著以3mA/cm2的恒流電流反應(yīng)30min-3h。
[0043]上述的制備方法中，優(yōu)選的，納米線的排列包括將釋放的Ni納米線放于乙醇溶液中，然后將表面氧化形成S12薄膜層的硅片置于該溶液中，加l_50mT的磁場排列Ni納米線，待乙醇溶液揮發(fā)完后取出硅片的步驟；或者，
[0044]納米線的排列包括將釋放的Ni納米線放于乙醇溶液中，然后將在表面的S12薄膜層上鍍有金屬電極的單晶硅片置于該溶液中，加l_50mT的磁場排列Ni納米線，待乙醇溶液揮發(fā)完后取出硅片的步驟。
[0045]根據(jù)具體實施方案，納米線的排列包括將釋放的Ni納米線放于乙醇溶液中，然后將表面氧化形成S12薄膜層的硅片置于該溶液中，加5mT的磁場排列Ni納米線，待乙醇溶液揮發(fā)完后取出硅片的步驟；或者，
[0046]納米線的排列包括將釋放的Ni納米線放于乙醇溶液中，然后將在表面的S12薄膜層上鍍有金屬電極的單晶硅片置于該溶液中，加5mT的磁場排列Ni納米線，待乙醇溶液揮發(fā)完后取出硅片的步驟。
[0047]上述的納米線的排列中，納米線密度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，將不同量的納米線溶于一定量的乙醇溶液中，即可得到不同密度排列的納米線。
[0048]上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述納米線的氧化處理為將排列好的Ni納米線在管式爐中，400°C _800°C，氧化2h-8h，得到N1納米線。
[0049]上述納米線的氧化處理的優(yōu)選氧化條件為400°C，保持2h進(jìn)行氧化處理。
[0050]本發(fā)明還提供一種上述的N1納米線紫外光探測器在探測紫外光強(qiáng)度中的應(yīng)用。
[0051]本發(fā)明的突出效果為:
[0052]通過N1納米線的大面積有序排列，能夠增大電極的接觸部分,從而能夠提高紫外光探測器的靈敏度和穩(wěn)定性。
[0053]本發(fā)明的紫外光探測器采用平行于基底的、大面積有序排列的N1納米線，具有靈敏度高，測量范圍廣，可實現(xiàn)連續(xù)波段或各波段的紫外光探測，制備簡單，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)，在日常生活、工業(yè)、國防等方面具有廣闊前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1a是實施例1利用平行基底的N1納米線有序陣列制作的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖1b是實施例1利用平行基底的N1納米線有序陣列制作的N1納米線紫外光探測器的局部放大圖；
[0056]圖1c是實施例1應(yīng)用于測量1-V曲線圖狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖1d是實施例1應(yīng)用于測量光開關(guān)特性狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖1e是實施例1的N1納米線紫外光探測器在模擬太陽光照下檢測得到的I_V曲線圖；
[0059]圖2是實施例2利用平行基底排列的N1納米線制作的多個紫外光探測器陣列的N1納米線紫外光探測器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖3a是實施例3利用平行基底排列于叉指電極上層的N1納米線陣列制作的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖3b是實施例3應(yīng)用于測量1-V曲線圖狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖3c是實施例3應(yīng)用于測量光開關(guān)特性狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖3d是實施例3的N1納米線紫外光探測器在365nm光源照下檢測得到的1-V曲線圖；
[0064]圖3e是實施例3的N1納米線紫外光探測器在模擬太陽光源照下檢測得到的I_V曲線圖；
[0065]圖3f是實施例3的N1納米線紫外光探測器在模擬太陽光源照下檢測得到的光生電壓信號圖；
[0066]圖4是實施例4利用平行基底的N1納米線有序陣列制作的不同排列密度的N1納米線紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]附圖標(biāo)號說明:
[0068]I基底層2Si02薄膜層3光敏層4叉指電極5第一引線6第二引線7直流電源8示波器測量裝置

【具體實施方式】
[0069]下面通過具體實施例對本發(fā)明的方法進(jìn)行說明，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握，但本發(fā)明并不局限于此。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0070]實施例1
[0071]本實施例提供一種N1納米線紫外光探測器。如圖1a和圖1b所示，該紫外光探測器包括:用硅片制作的基底層1，氧化硅薄膜層2作為絕緣層，平行基底層和氧化硅薄膜層的有序排列的N1納米線陣列，作為光敏層3，叉指電極4，從交叉電極引出的第一引線5和第二引線6 ;
[0072]S12薄膜層2平行附著在基底層I上；
[0073]光敏層3和叉指電極4分別平行設(shè)置在S12薄膜層2上，光敏層3和叉指電極4相接觸連接，光敏層3設(shè)置在叉指電極4的下層；其中，叉指電極的兩極為Ag電極，其膜厚為500nm,指寬為10 μ m、指間距為10 μ m、指長為Imm ；
[0074]第一引線5和第二引線6分別與叉指電極4的兩個電極相連接；
[0075]光敏層3為平行于基底層的有序排列的N1納米線陣列，其納米線為平行排列的納米線，其排列方向與叉指方向垂直，其長度為20 μ m，直徑為200nm，分布密度為3000根/mmD
[0076]本實施例的N1納米線紫外光探測器是通過下列方法制備得到的:
[0077]納米線的生長:選用電化學(xué)沉積法，利用氧化鋁模板直接生長Ni納米線，用王水溶解掉模板以釋放Ni納米線。電化學(xué)沉積法的條件為:1.反應(yīng)液為80g/L NiS04*6H20和45g/L H3B04，加入稀硫酸溶液，PH值調(diào)節(jié)至3 ;2.反應(yīng)參數(shù)為保持6mA/cm2的恒流進(jìn)行反應(yīng)2min,保持3mA/cm2恒流反應(yīng)3h,得到20 μ m長的納米線；上述釋放Ni納米線的方法是將模板放入王水中5-10min，溶解氧化鋁模板，釋放出Ni納米線，并用去離子水、乙醇清洗Ni納米線；
[0078]納米線的排列:將1 X lcm2的硅片放入管式爐中高溫氧化，保持1000°C氧化3h，得到表層為Si02絕緣層的硅片；將該氧化處理過的硅片放入溶解有Ni納米線的乙醇溶液中，加上5mT的均勻磁場，待乙醇溶液完全揮發(fā)，取出硅片；
[0079]納米線的氧化處理:將上述硅片放入管式爐中，保持400°C，氧化2h，得到N1納米線.
[0080]制備叉指電極:在制備好的N1納米線樣品上生長叉指電極，即將排有N1納米線的硅片表面進(jìn)行光刻膠，選用雙層膠工藝，底層膠甩膠為2000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠甩膠為6000轉(zhuǎn)/分鐘，用掩膜技術(shù)將生長叉指電極的部分曝光清洗，用磁控濺射的方法鍍上Ag電極，厚度為500nm，用丙酮溶液清洗剩余光刻膠，獲得叉指電極；
[0081]連接引線:在叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，該引出的導(dǎo)線是直徑為0.05mm的銅導(dǎo)線并用銀膠結(jié)將其固定在電極上，即得到N1納米線紫外光探測器。
[0082]本實施例提供的N1納米線紫外光探測器是這樣應(yīng)用的:
[0083]將本實施例的N1納米線紫外光探測器與現(xiàn)有技術(shù)類似產(chǎn)品的其他結(jié)構(gòu)如直流電源、示波器測量裝置等連接，形成應(yīng)用狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器。
[0084]將N1納米線紫外光探測器的第一引線和第二引線連接直流電源7正負(fù)極，如圖lc所示，形成測試電路，用于測量1-V曲線圖。
[0085]將N1納米線紫外光探測器的第一引線和第二引線并聯(lián)連接直流電源7和示波器測量裝置8(內(nèi)部電阻為1ΜΩ)，如圖1d所示，測量光開關(guān)特性。
[0086]用模擬太陽光照射該探測器，電極間輸出光生電壓信號，并被示波器測量裝置檢測并記錄，由此完成紫外光的靈敏度檢測，得到1-V曲線圖，如圖le所示，從圖中兩條曲線對比可得，明場電流與暗場電流變化明顯，明場電流可達(dá)暗場電流的近10倍。
[0087]實施例2
[0088]本實施例提供一種N1納米線紫外光探測器。如圖2所示，該紫外光探測器是一種平行基底排列的、分塊陣列N1納米線組成的多個紫外光探測器陣列，可以在同一基片上同時制備多個紫外光探測器。
[0089]如圖2所示，該N1納米線紫外光探測器包括:用硅片制作的基底層1，氧化硅薄膜層2作為絕緣層，平行基底層和氧化硅薄膜層的的多個分塊陣列N1納米線排列，作為光敏層3，作為電極同時固定納米線的叉指電極陣列4，從交叉電極引出的第一引線5和第二引線6;
[0090]Si02薄膜層2平行附著在基底層1上；
[0091]光敏層3和叉指電極4分別平行設(shè)置在Si02薄膜層2上，光敏層3和叉指電極4相接觸連接，光敏層3設(shè)置在叉指電極4的下層；其中，叉指電極的兩極為Ag電極，其膜厚為500nm,指寬為10 μ m、指間距為10 μ m、指長為1mm ；
[0092]第一引線5和第二引線6分別與叉指電極4的兩個電極相連接；
[0093]光敏層3為平行于基底層的有序排列的N1納米線陣列，其納米線為平行排列的納米線，其排列方向與叉指方向垂直，其長度為20 μ m，直徑為200nm，分布密度為3000根/mm。
[0094]本實施例提供的N1納米線紫外光探測器陣列是通過下列方法制備的到的:
[0095]納米線的生長:選用電化學(xué)沉積法，利用氧化鋁模板直接生長Ni納米線，用王水溶解掉模板以釋放Ni納米線。電化學(xué)沉積法的條件為:1.反應(yīng)液為80g/L NiS04*6H20和45g/L H3BO4，加入稀硫酸溶液，PH值調(diào)節(jié)至3 ;2.反應(yīng)參數(shù)為保持6mA/cm2的恒流進(jìn)行反應(yīng)2min,保持3mA/cm2恒流反應(yīng)3h,得到20 μ m長的納米線；上述釋放Ni納米線的方法是將模板放入王水中5-10min，溶解氧化鋁模板，釋放出Ni納米線，并用去離子水、乙醇清洗Ni納米線；
[0096]納米線的排列:將I X Icm2的硅片放入管式爐中高溫氧化，保持1000°C氧化3h，得到表層為S12絕緣層的硅片；將該氧化處理過的硅片放入溶解有Ni納米線的乙醇溶液中，加上5mT的均勻磁場，待乙醇溶液完全揮發(fā)，取出硅片；
[0097]納米線的氧化處理:將上述硅片放入管式爐中，保持400°C，氧化2h，得到N1納米線樣品；
[0098]制備叉指電極:在制備好的大面積定向排列的N1納米線樣品上，利用光刻膠和掩膜技術(shù)，經(jīng)光刻膠、掩膜曝光、清洗等常規(guī)步驟，使基片表面的N1納米線排列形成分塊排列的多個納米線陣列。此后，再次進(jìn)行光刻膠，選用雙層膠工藝，底層膠甩膠為2000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠甩膠為6000轉(zhuǎn)/分鐘，利用掩膜技術(shù)曝光出叉指電極形貌，并用磁控濺射方法鍍上Ag電極，厚度為500nm，用丙酮溶液清洗剩余光刻膠，得到叉指電極陣列；
[0099]連接引線:在叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，該引出的導(dǎo)線是直徑為0.05mm的銅導(dǎo)線并用銀膠結(jié)將其固定在電極上；叉指電極陣列皆是如此引出導(dǎo)線。然后再并聯(lián)進(jìn)直流電源7和示波器測量裝置8 (內(nèi)部電阻為IM Ω )，形成外部電路，即得到應(yīng)用狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器陣列。
[0100]本實施例所得的紫外光照射該探測器陣列，每個探測器均可獨立使用，由此完成紫外光的靈敏檢測。在同一基片上制備多個紫外光探測器，為探測器生產(chǎn)的集成化和工業(yè)化提供了可能。
[0101]實施例3
[0102]本實施例提供一種N1納米線紫外光探測器。如圖3a所示，該N1納米線紫外光探測器包括:用硅片制作的基底層1，氧化硅薄膜層2作為絕緣層，平行基底層和氧化硅薄膜層的有序排列的N1納米線陣列，作為光敏層3，叉指電極4，從交叉電極引出的第一引線5和第二引線6 ;
[0103]S12薄膜層2平行附著在基底層I上；
[0104]光敏層3和叉指電極4分別平行設(shè)置在S12薄膜層2上，光敏層3和叉指電極4相接觸連接，光敏層3設(shè)置在叉指電極4的上層；其中，叉指電極的兩極為Ag電極，其膜厚為500nm,指寬為10 μ m、指間距為10 μ m、指長為Imm ；
[0105]第一引線5和第二引線6分別與叉指電極4的兩個電極相連接；
[0106]光敏層3為平行于基底層的有序排列的N1納米線陣列，其納米線為平行排列的納米線，其排列方向與叉指方向垂直，其長度為20 μ m，直徑為200nm，分布密度為5000根/mmD
[0107]本實施例的N1納米線紫外光探測器是通過下列方法制備得到的:
[0108]納米線的生長:選用電化學(xué)沉積法，利用氧化鋁模板直接生長Ni納米線，用王水溶解掉模板以釋放Ni納米線。電化學(xué)沉積法的條件為:1.反應(yīng)液為80g/L NiS04*6H20和45g/L Η3Β04，加入稀硫酸溶液，PH值調(diào)節(jié)至3 ;2.反應(yīng)參數(shù)為保持6mA/cm2的恒流進(jìn)行反應(yīng)2min,保持3mA/cm2恒流反應(yīng)3h,得到50 μ m長的納米線；上述釋放Ni納米線的方法是將模板放入王水中5-10min，溶解氧化鋁模板，釋放出Ni納米線，并用去離子水、乙醇清洗Ni納米線；
[0109]制備叉指電極:將IX lcm2的單晶硅片放入管式爐中高溫氧化，保持1000°C氧化3h，得到表層為Si02絕緣層的硅基底；在Si02薄膜層表面進(jìn)行光刻膠，選用雙層膠工藝，底層膠甩膠為2000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠甩膠為6000轉(zhuǎn)/分鐘，紫外曝光3s，曝光出叉指電極形貌，用磁控濺射的方法鍍上金屬電極，剝離剩余光刻膠，得到所需尺寸和形狀的叉指電極；其中光刻膠采用旋涂方式，使用雙層膠工藝，底層膠甩膠為2000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠甩膠為6000轉(zhuǎn)/分鐘；紫外曝光的時間為3s ;用磁控濺射的方法鍍上Ag電極，厚度為500nm，磁控濺射的條件為保持腔體內(nèi)壓強(qiáng)為6.0X liTPa，濺射時間為lOmin ；
[0110]納米線的排列:將生長有叉指電極的Si02/Si基底放入溶解有Ni納米線的乙醇溶液中，加上5mT的均勻磁場，磁場方向與叉指方向垂直，待乙醇溶液完全揮發(fā)，取出硅片；
[0111]納米線的氧化處理:將上述硅片放入管式爐中，保持400°C，氧化2h，得到N1納米線.-^4 ，
[0112]連接引線:在叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，該引出的導(dǎo)線是直徑為0.05mm的銅導(dǎo)線并用銀膠結(jié)將其固定在電極上，即得到N1納米線紫外光探測器。
[0113]本實施例提供的N1納米線紫外光探測器是這樣應(yīng)用的:
[0114]將本實施例的N1納米線紫外光探測器與現(xiàn)有技術(shù)類似產(chǎn)品的其他結(jié)構(gòu)如直流電源、示波器測量裝置等連接，形成應(yīng)用狀態(tài)下的N1納米線紫外光探測器。
[0115]將N1納米線紫外光探測器的第一引線和第二引線連接直流電源7正負(fù)極，如圖3b所示，形成測試電路，用于測量1-V曲線圖。
[0116]將N1納米線紫外光探測器的第一引線和第二引線并聯(lián)連接直流電源7和示波器測量裝置8 (內(nèi)部電阻為1ΜΩ)，如圖3c所示，測量光開關(guān)特性。
[0117]用365nm的紫外光照射該探測器，電極間輸出光生電壓信號，并被示波器測量裝置檢測并記錄，得到1-V曲線圖，如圖3d所示，從圖中兩條曲線對比可得，明場電流與暗場電流變化明顯，明場電流可達(dá)暗場電流的6倍。
[0118]用模擬太陽光源照射該探測器，電極間輸出光生電壓信號，并被示波器測量裝置檢測并記錄，由此完成紫外光的靈敏度檢測，其1-V曲線圖如圖3e所示，從圖中兩條曲線對比可得，明場電流與暗場電流變化明顯，明場電流可達(dá)暗場電流的10-20倍。其光生電壓信號圖如圖3f所示，從圖中上升、下降沿可以看出，探測器響應(yīng)速度非?？欤蛇_(dá)到3ms左右，遠(yuǎn)快于一般紫外光探測器的響應(yīng)速度(秒級甚至百秒級)。
[0119]實施例4
[0120]本實施例提供一種N1納米線紫外光探測器。如圖4所示，該紫外光探測器的結(jié)構(gòu)和制備方法與實施例一致，區(qū)別在于提高了納米線的排列的步驟中、溶解有Ni納米線的乙醇溶液中的Ni納米線的濃度，即增加了 N1納米線的分布密度，以滿足器件對靈敏度和測量范圍的實際需要。
[0121] 由上可見，本發(fā)明的紫外光探測器采用平行于基底的有序排列的N1納米線，靈敏度高，測量范圍廣，可實現(xiàn)連續(xù)波段或特定波段的紫外光探測，制備簡單，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)，在實際應(yīng)用中具有廣闊前景。
【權(quán)利要求】
1.一種N1納米線紫外光探測器，其特征在于:該探測器包括基底層、S12薄膜層、光敏層、叉指電極、第一引線和第二引線； 所述S12薄膜層平行附著在所述基底層上； 所述光敏層和所述叉指電極分別平行設(shè)置在所述S12薄膜層上，所述光敏層和所述叉指電極相接觸連接，所述光敏層設(shè)置在所述叉指電極上層或者下層； 所述第一引線和所述第二引線分別與所述叉指電極的兩個電極相連接； 所述光敏層為平行于基底層的有序排列的N1納米線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N1納米線紫外光探測器，其特征在于:所述N1納米線陣列的納米線為平行排列的納米線，其排列方向與叉指方向垂直，其長度為5 μ m-50 μ m,直徑為50-500nm，分布密度為1000-5000根/mm ;優(yōu)選的，當(dāng)所述光敏層設(shè)置在所述叉指電極下層時，N1納米線陣列的納米線的直徑為200nm，分布密度為3000根/mm ;當(dāng)所述光敏層設(shè)置在所述叉指電極上層時，N1納米線陣列的納米線的直徑為200nm，分布密度為5000根/mmD
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N1納米線紫外光探測器，其特征在于:所述叉指電極的指寬為5-100 μ m、指間距為5-100μηι、指長為l_5mm ;優(yōu)選的,所述叉指電極的兩極為膜厚500nm-2 μ m的金屬膜電極；更優(yōu)選的，所述叉指電極的兩極為Ag電極,其膜厚為500nm。
4.權(quán)利要求1-3任一項所述的N1納米線紫外光探測器的制備方法，包括如下步驟: 納米線的生長:用模板制備Ni納米線，溶解模板，釋放納米線； 納米線的排列:將單晶硅片高溫氧化，在其表面形成S12薄膜層，在磁場中，將Ni納米線排列于S12薄膜層表面； 納米線的氧化處理:將排列好的Ni納米線在高溫中氧化得到N1納米線； 制備叉指電極:在排有N1納米線的S12薄膜層表面進(jìn)行光刻膠，用掩膜技術(shù)將準(zhǔn)備生長叉指電極的部分曝光清洗，用磁控濺射的方法鍍上金屬電極，洗掉剩余光刻膠； 連接引線:從叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，即得到N1納米線紫外光探測器。
5.權(quán)利要求1-3任一項所述的N1納米線紫外光探測器的制備方法，包括如下步驟: 制備叉指電極:將單晶硅片高溫氧化，在其表面形成S12薄膜層，在S12薄膜層表面進(jìn)行光刻膠，將準(zhǔn)備生長叉指電極的部分曝光清洗，用磁控濺射的方法鍍上金屬電極，剝離剩余光刻膠； 納米線的生長:用模板制備Ni納米線，溶解模板，釋放納米線； 納米線的排列:在磁場中，將Ni納米線排列于金屬電極的上層； 納米線的氧化處理:將排列好的Ni納米線在高溫中氧化得到N1納米線； 連接引線:從叉指電極的兩極分別引出第一引線和第二引線，即得到N1納米線紫外光探測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:所述進(jìn)行光刻膠包括旋涂兩層不同膠的步驟，其中，底層膠甩膠為1000-3000轉(zhuǎn)/分鐘，上層膠膠甩膠為3000-8000轉(zhuǎn)/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:所述用模板制備Ni納米線是利用氧化鋁模板通過電化學(xué)沉積法制備Ni納米線，其所用氧化鋁模板的孔徑為50-500nm，膜厚為50 μ m ;優(yōu)選的，所述電化學(xué)沉積法進(jìn)行的條件為:用NiSO4.6H20的稀硫酸溶液，保持3mA/cm2的恒流進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)時間為30min_3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:納米線的排列包括將釋放的Ni納米線放于乙醇溶液中，然后將表面氧化形成S12薄膜層的硅片置于該溶液中，加l_50mT的磁場排列Ni納米線，待乙醇溶液揮發(fā)完后取出硅片的步驟；或者， 納米線的排列包括將釋放的Ni納米線放于乙醇溶液中，然后將在表面的S12薄膜層上鍍有金屬電極的單晶硅片置于該溶液中，加l_50mT的磁場排列Ni納米線，待乙醇溶液揮發(fā)完后取出硅片的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:所述納米線的氧化處理為將排列好的Ni納米線在管式爐中,4000C -8000C,氧化2h_8h，得到N1納米線。
10.一種權(quán)利要求1-3任一項所述的N1納米線紫外光探測器在探測紫外光強(qiáng)度中的應(yīng)用。
【文檔編號】B82Y40/00GK104332513SQ201410567389
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】相文峰, 賀卓, 董佳麗, 岳義, 趙昆 申請人:中國石油大學(xué)(北京)