[发明专利]一种n－ZnO纳米线/p－NiO异质pn结二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米线阵列异质pn结二极管——n-ZnO纳米线/p-NiO异质pn结二极管及其制备方法，属于纳米材料和光电子器件领域。

背景技术

ZnO是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料。ZnO的禁带宽度在室温为3.37eV，发射波长相当于近紫外光波长(368nm)，非常适合用于制作短波长发光与光敏器件，ZnO无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。因而在蓝紫光发光二极管、激光器及其相关光电器件方面的应用有巨大的潜力。ZnO被认为是GaN理想的替代材料。随着纳米材料的一些独特的特性被发现以来，ZnO的低维结构也期望具有薄膜及体单晶所不拥有的物理及化学性质。

发明内容

为提高传统的平面pn结二极管的性能，本发明提供了一种基于ZnO纳米线(杆)的异质pn结二极管及其制备方法，制备的n-Zn/p-NiO异质pn结二极管具有较低的正向开启电压和大的正向电流密度。相对于传统的平面pn结二极管，其整流特性及光敏性能得到了提高。

本发明的的技术方案：一种n-氧化锌纳米线/p-氧化镍异质pn结二极管，至少包括pn结和欧姆接触电极，所述pn结是由n型ZnO薄膜种子层或者掺杂ZnO薄膜种子层上生长出的n型ZnO纳米线；纳米线间的缝隙中先填充入绝缘材料再在ZnO纳米线上镀NiO材料，或直接在ZnO纳米线上镀NiO材料而得到的异质pn结。

所述绝缘材料为二氧化硅。

上述n-氧化锌纳米线/p-氧化镍异质pn结二极管的制备方法：首先用磁控溅射工艺在玻璃基片或在n型硅片上制备ZnO或AZO种子层；然后采用水热反应法生长出n型ZnO纳米线；然后在ZnO纳米线上镀NiO层形成异质pn结，或用甩胶的方法先将绝缘材料填充入纳米线间的空隙再在ZnO纳米线上镀NiO层形成异质pn结；最后采用溅射法或热蒸发法在pn结制作电极；其中，NiO表面溅射镍/铂或镍/金电极或ITO电极，在ZnO或AZO边缘镀上铟电极或铝电极；电极通过后退火合金化形成欧姆接触。

上述ZnO或AZO种子层是通过传统半导体工艺清洗玻璃基片或n型硅片；然后在下述条件下进行直流或射频磁控溅射制备：靶材是ZnO陶瓷靶或AZO陶瓷靶、本底真空度优于10^-3Pa，衬底温度为100～400℃，沉积时Ar气压为0.5～5Pa、功率范围80～150W、溅射时间为20分钟～2小时。

上述纳米线的生长在水热反应釜内完成，将等摩尔比的六次甲基四胺和六水合硝酸锌溶解于去离子水中，配置成0.05～0.5mol/L的等比例混合溶液；将30～60mL混合溶液放入水热反应釜釜体，然后把其上制有ZnO或AZO种子层的玻璃基片或n型硅片种子层面朝下放入溶液中的支架上，密封放入高温炉内加热升温到70～130℃，恒温5～48h，然后自然冷却到室温；用去离子水漂洗，烘干，得n型ZnO纳米线。

本发明采用直径为50mm的Ni金属靶，在相对氧分压O₂/(O₂+Ar)＝60％、溅射前的腔体本底真空度优于5×10^-4Pa、溅射气压为0.5～1.5Pa，溅射功率100～250W条件下，在n型ZnO纳米线上镀NiO膜，镀膜时间为30～80min，衬底温度为150～400℃。

本发明利用ZnO纳米线(杆)阵列，与p-NiO薄膜复合形成了异质pn结结构。通过对ZnO纳米线(杆)生长、NiO薄膜制备等条件的控制、pn结结构的优化等，提高了异质pn结性能，尤其使其在光敏探测方面的性能得到提高，充分发挥ZnO纳米杆作为一维纳米材料在异质pn结应用方面的独到优势。

附图说明

图1是本发明填充了SiO₂的n-ZnO纳米线/p-NiO薄膜异质pn结结构示意图(实施例一)；

图2是本发明反映电极欧姆接触性能的I-V曲线(实施例一)；

图3是本发明反映异质结整流特性的I-V曲线(实施例一)；

图4是本发明未填充SiO₂的n-ZnO纳米杆/p-NiO薄膜异质pn结结构示意图(实施例二至四)；

图5是本发明反映电极欧姆接触性能的I-V曲线(实施例二)；

图6是本发明反映异质结整流特性的I-V曲线(实施例二)；

图7是本发明反映电极欧姆接触性能的I-V曲线(实施例三)；