一種自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，自下而上依次有透明導(dǎo)電襯底、ZnO籽晶層、ZnO納米陣列、電解質(zhì)層、NiS納米針陣列導(dǎo)電層和玻璃。其制備方法為采用磁控濺射在透明導(dǎo)電襯底上生長(zhǎng)一層ZnO籽晶層，然后采用水熱法在其上生長(zhǎng)ZnO納米陣列；采用水熱法在玻璃上生長(zhǎng)NiS納米針陣列導(dǎo)電層；并將其覆蓋在ZnO納米陣列上，使兩者之間形成一個(gè)20～60μm的空腔；最后將電解質(zhì)注入空腔，密封制成自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器。相比于傳統(tǒng)的紫外探測(cè)器，本發(fā)明具有無(wú)需外加偏壓、響應(yīng)速度快、響應(yīng)靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。此外，制備成本低，易于實(shí)現(xiàn)大面積、大陣列，在軍事、民用以及一些特定領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外波段探測(cè)器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外探測(cè)技術(shù)是繼紅外和激光探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一新型探測(cè)技術(shù)，在軍事和民用等方面具有廣泛的應(yīng)用。在軍事上，導(dǎo)彈預(yù)警、制導(dǎo)、紫外通訊、生化分析等；在民用上，如明火探測(cè)、生物醫(yī)藥的分析、臭氧監(jiān)測(cè)、海上油監(jiān)、太陽(yáng)照度監(jiān)測(cè)、公安偵察等。目前，美國(guó)己有商業(yè)上出售的利用GaN基紫外探測(cè)器制備的太陽(yáng)紫外指數(shù)手表。然而，關(guān)于自驅(qū)動(dòng)紫外探測(cè)器的報(bào)道還很少。
[0003]以ZnO為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料在紫外探測(cè)器方面有著廣闊的應(yīng)用前景而備受關(guān)注，發(fā)展十分迅速。ZnO是一種環(huán)境友好型寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，具有制備方法多樣、耐高溫、制備成本低、抗輻射和帶隙可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的薄膜紫外探測(cè)器，自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器更具有無(wú)需外加偏壓、響應(yīng)速度快、響應(yīng)靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。且光敏材料ZnO納米陣列可通過(guò)摻雜等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波段紫外線的探測(cè)，具有易于實(shí)現(xiàn)大面積、大陣列，光敏材料可控的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備成本低、工藝簡(jiǎn)單的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，自下而上依次有透明導(dǎo)電襯底、ZnO籽晶層、ZnO納米陣列、電解質(zhì)層、NiS納米針陣列導(dǎo)電層和玻璃。
[0006]通常，ZnO籽晶層的厚度為30?100納米，ZnO納米陣列的厚度為I?3微米；NiS納米針陣列導(dǎo)電層的厚度為3?7微米；電解質(zhì)層在ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間形成的20?60微米空腔內(nèi)。
[0007]上述的電解質(zhì)可以是去離子水。所述的透明導(dǎo)電襯底可以是FTO玻璃、AZO玻璃或ITO玻璃。
[0008]自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟:
1)將經(jīng)清洗處理的透明導(dǎo)電襯底放入磁控濺射設(shè)備，以ZnO陶瓷靶為濺射靶材，在200?500 °C溫度，I?5 Pa壓力下，進(jìn)行磁控濺射生長(zhǎng)ZnO籽晶層；然后放入水熱反應(yīng)釜中，以硝酸鋅和六次甲基四胺為源，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1:1，在80?120 V保溫4?10 h,在ZnO籽晶層上生長(zhǎng)ZnO納米陣列；
2)將經(jīng)清洗處理的玻璃垂直放入水熱釜中，以硫酸鎳、硫脲和氨水為源，硫酸鎳、硫脲和氨水的摩爾比1:1:2，在100?200 °C下保溫5?20 h，在玻璃上生長(zhǎng)NiS納米針陣列導(dǎo)電層；
3)將步驟2)生長(zhǎng)的有NiS納米針陣列導(dǎo)電層的玻璃覆蓋在步驟I)的ZnO納米陣列上，使ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間相距20?60微米，先用密封劑將三個(gè)側(cè)面密封，然后將電解質(zhì)注入ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間的空腔內(nèi)，再用密封劑密封剩下的一個(gè)側(cè)面，得到自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器。
[0009]工作原理:紫外光從透明導(dǎo)電襯底背面一側(cè)入射，由于η型半導(dǎo)體ZnO納米陣列的費(fèi)米能級(jí)要比電解質(zhì)的費(fèi)米能級(jí)高，因此電子將從ZnO納米陣列一側(cè)流向電解質(zhì)的一側(cè)，從而使得能帶彎曲，在ZnO納米陣列和電解質(zhì)的界面處形成了載流子耗盡層即形成了內(nèi)建電場(chǎng)，形成內(nèi)建電場(chǎng)有利于光生電子空穴的分離，因此不需要外加電壓即可實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
1)本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大面積、大陣列；
2)無(wú)需外加偏壓、響應(yīng)速度快、響應(yīng)靈敏度高；
3)通過(guò)對(duì)ZnO納米線進(jìn)行摻雜，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波段紫外線的探測(cè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1為透明導(dǎo)電襯底、2為ZnO籽晶層、3為ZnO納米陣列、4為電解質(zhì)層、5為NiS納米針陣列導(dǎo)電層、6為玻璃。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明。
[0014]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，自下而上依次有透明導(dǎo)電襯底1、ZnO籽晶層2、ZnO納米陣列3、電解質(zhì)層4、NiS納米針陣列導(dǎo)電層5和玻璃6。
[0015]實(shí)施例1
I)將經(jīng)清洗處理的FTO玻璃放入磁控濺射設(shè)備，溫度300 V，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓力為2 Pa，濺射功率100 W，濺射靶材為ZnO陶瓷靶，生長(zhǎng)厚度為50納米的ZnO籽晶層，然后以硝酸鋅和六次甲基四胺為源，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1:1，在水熱反應(yīng)釜中95 °C保溫
6h，在ZnO籽晶層上生長(zhǎng)長(zhǎng)度為2微米的ZnO納米陣列。
[0016]2)將經(jīng)清洗處理的玻璃襯底垂直放入水熱釜中，以硫酸鎳、硫脲和氨水為源，硫酸鎳、硫脲和氨水的摩爾比1:1:2,150 °C下保溫20 h，生長(zhǎng)長(zhǎng)度為7微米的NiS納米針導(dǎo)電層。
[0017]3)將步驟2)生長(zhǎng)的有NiS納米針陣列導(dǎo)電層的玻璃覆蓋在步驟I)的ZnO納米陣列上，使ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間相距20微米，先用密封劑將三個(gè)側(cè)面密封，然后將去離子水注入ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間的空腔內(nèi)，再用密封劑密封剩下的一個(gè)側(cè)面，得到自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器。
[0018]本例制得的自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器響應(yīng)速度為0.5s。
[0019]實(shí)施例2
I)將經(jīng)清洗處理的ITO玻璃放入磁控濺射設(shè)備，溫度200 °C，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓力為I Pa，濺射功率100 W，濺射靶材為ZnO陶瓷靶，生長(zhǎng)厚度為30納米的ZnO籽晶層，然后以硝酸鋅和六次甲基四胺為源，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1:1，在水熱反應(yīng)釜中80 °C保溫4 h，在ZnO籽晶層2上生長(zhǎng)長(zhǎng)度為I微米的ZnO納米陣列。[0020]2)將經(jīng)清洗處理的玻璃襯底垂直放入水熱釜中，以硫酸鎳、硫脲和氨水為源，硫酸鎳、硫脲和氨水的摩爾比1:1:2，100 °C下保溫10 h，生長(zhǎng)長(zhǎng)度為5微米的NiS納米針導(dǎo)電層。
[0021]3)將步驟2)生長(zhǎng)的有NiS納米針陣列導(dǎo)電層的玻璃覆蓋在步驟I)的ZnO納米陣列上，使ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間相距50微米，先用密封劑將三個(gè)側(cè)面密封，然后將去離子水注入ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間的空腔內(nèi)，再用密封劑密封剩下的一個(gè)側(cè)面，得到自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器。
[0022]本例制得的自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器響應(yīng)速度為0.7s。
[0023]實(shí)施例3
I)將經(jīng)清洗處理的AZO玻璃放入磁控濺射設(shè)備，溫度500 V，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓力為5 Pa，濺射功率200 W，濺射靶材為ZnO陶瓷靶，生長(zhǎng)厚度為100納米的ZnO籽晶層，然后以硝酸鋅和六次甲基四胺為源，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1:1，在水熱反應(yīng)釜中120 °〇保溫10 h，在ZnO籽晶層上生長(zhǎng)長(zhǎng)度為3微米的ZnO納米陣列。[0024]2)將經(jīng)清洗處理的玻璃襯底垂直放入水熱釜中，以硫酸鎳、硫脲和氨水為源，硫酸鎳、硫脲和氨水的摩爾比1:1:2，200 °C下保溫5 h，生長(zhǎng)長(zhǎng)度為3微米的NiS納米針導(dǎo)電層。
[0025]3)將步驟2)生長(zhǎng)的有NiS納米針陣列導(dǎo)電層的玻璃覆蓋在步驟I)的ZnO納米陣列上，使ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間相距60微米，先用密封劑將三個(gè)側(cè)面密封，然后將去離子水注入ZnO納米陣列和NiS納米針陣列導(dǎo)電層之間的空腔內(nèi)，再用密封劑密封剩下的一個(gè)側(cè)面，得到自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器。
[0026]本例制得的自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器響應(yīng)速度為0.9s。
【權(quán)利要求】
1.一種自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，其特征是:自下而上依次有透明導(dǎo)電襯底(I)、ZnO籽晶層(2)、ZnO納米陣列(3)、電解質(zhì)層(4)、NiS納米針陣列導(dǎo)電層(5)和玻璃(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，其特征是:ZnO籽晶層(2)的厚度為30~100納米，ZnO納米陣列(3)的厚度為1~3微米；NiS納米針陣列導(dǎo)電層的厚度為.3~7微米；電解質(zhì)層(4)在ZnO納米陣列(3)和NiS納米針陣列導(dǎo)電層(5)之間形成的.20~60微米空腔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，其特征是:所述的電解質(zhì)層是去離子水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器，其特征是:所述的透明導(dǎo)電襯底(I)是FTO玻璃、AZO玻璃或ITO玻璃。
5.制備權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)ZnO基紫外探測(cè)器的方法，包括以下步驟: .1)將經(jīng)清洗處理的透明導(dǎo)電襯底(I)放入磁控濺射設(shè)備，以ZnO陶瓷靶為濺射靶材，在200~500 °C溫度，I~5 Pa壓力下，進(jìn)行磁控濺射生長(zhǎng)ZnO籽晶層(2);然后放入水熱反應(yīng)釜中，以硝酸鋅和六次甲基四胺為源，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1:1，在80~.120 °C保溫4~10 h，在ZnO籽晶層上生長(zhǎng)ZnO納米陣列(3)； . 2)將經(jīng)清洗處理的玻璃(6)垂直放入水熱釜中，以硫酸鎳、硫脲和氨水為源，硫酸鎳、硫脲和氨水的摩爾比為1:1:2，在100~200 °C下保溫5~20 h，在玻璃上生長(zhǎng)NiS納米針陣列導(dǎo)電層(5)； .3)將步驟2)生長(zhǎng)有NiS納米針陣列導(dǎo)電層的玻璃覆蓋在步驟I)的ZnO納米陣列上，使ZnO納米陣列(3)和NiS納米針陣列導(dǎo)電層(5)之間相距20~60微米，先用密封劑將三個(gè)側(cè)面密封，然后將電解質(zhì)(4)注入ZnO納米陣列(3)和NiS納米針陣列導(dǎo)電層(5)之間的空腔內(nèi)，再用密封劑密封剩下的一個(gè)側(cè)面，得到自驅(qū)動(dòng)的ZnO基紫外探測(cè)器。
【文檔編號(hào)】H01L31/09GK103915524SQ201410132737
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】葉志鎮(zhèn), 戴文, 潘新花, 黃靖云 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)