[发明专利]肖特基接触型ZnO纳米阵列紫外光探测器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和纳米功能器件制备技术领域，特别是提供了一种肖特基接触型ZnO纳米阵列紫外光探测器件的制备方法。该种方法构建出的紫外光探测器件紫外光可以从背面入射，结构简单，成本低廉，性能稳定。

背景技术

紫外光探测器由于在国防、紫外天文学、环境监测、火灾探测、涡轮引擎燃烧效率监测、可燃气体成分分析和生物细胞癌变检测等方面有着广阔的应用前景，具有极高的军事和民用价值，是近年来国际上光电探测领域的热点之一。半导体紫外探测器由于具有体积小、光谱响应范围宽、量子效率高、动态工作范围宽和背景噪声小的优点，在紫外探测器市场中占有的份额越来越大。

ZnO是宽禁带直接带隙半导体材料，并且具有生长温度低、激子复合能量高（60 meV）、电子诱生缺陷较低、阈值电压低等优点，因此在紫外光探测器件方面具有巨大潜力，而且相比较Si和GaN基探测器件具有明显优势。传统Si基探测器的发展已有很长时间，但需要附加笨重的滤波器去掉可见光背景干扰，且无法胜任高温和腐蚀性环境。ZnO禁带宽度（3.37 eV）是Si的3倍，在可见光和红外范围没有响应（长波截止波长为365 nm），这对在红外和可见光背景下探测紫外光具有特殊意义，而且其热稳定性、化学稳定性好。比较宽禁带材料GaN基紫外光探测器，ZnO不需要昂贵的外延生长方法，而且易于找到晶格匹配的衬底材料，这有利于降低制备ZnO的成本，提高产品质量，也易于制作高性能的紫外光探测器件。

目前，关于ZnO基紫外光探测器的报道主要分为两类：MSM结构和p-n结。由于制备稳定的p型ZnO比较困难，阻碍了p-n结光电器件发展。对紫外探测器件而言, MSM结构探测器件不需要进行p型掺杂，结构简单，造价低，易于集成，并且具有高灵敏度和高响应度等特点而受到青睐。而MSM结构又包括欧姆接触型和肖特基接触型两种探测器，其中肖特基接触型探测器，光电响应性能更好，所以现在大部分研究工作集中在这一方面。早期基于ZnO的紫外光探测器件主要应用的是ZnO薄膜，但近几年，人们开始利用ZnO纳米阵列来构建高灵敏度的紫外光探测器件。一维ZnO纳米阵列具有结构机制简单、生长成本低廉、纳米结构可控、比表面积大、吸光性能好等优点, 例如文献（Z L Wang and J H Song, Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays. Science, 2006, 312: 242-246和A Bera and D Basak, Carrier relaxation through two-electron process during photoconduction in highly UV sensitive quasi-one-dimensional ZnO nanowires, Appl.Phys.Lett. 2008, 93, 053102）所介绍的。然而，在ZnO纳米阵列紫外探测器领域仍有很多问题有待进一步研究，例如可靠性和重复性好、无催化剂的低温合成方法，ZnO纳米阵列紫外光探测器件的简单稳定的原理性设计、组装、测控技术及机理分析等。

针对以上研究背景，采用水热法合成了在低温和无催化剂的条件下可控、可靠、高质量的ZnO纳米阵列；并利用生长优良的ZnO纳米阵列组装出肖特基接触型紫外光探测器，对其在两种波长紫外光（365 nm和254 nm）照射下的响应性能进行了测试作出相应的机理分析。对于测试结果的机理分析至今未见报道。

发明内容

迄今为止，关于ZnO纳米阵列紫外光探测器件，对其高质量制备一维ZnO纳米阵列的方法，器件简单稳定的构建过程，以及对器件在不同紫外光照射下的响应性能分析的研究并不多。本方法实现了高质量一维ZnO纳米阵列的可控制备、探测器件的简单可靠构建及光电响应性能的灵敏稳定。我们发明的目的是降低ZnO纳米阵列紫外光探测器件的制造成本，提高器件的响应性能，为器件以后的实际应用奠定实验和理论基础。

本发明的技术方案是：一种肖特基接触型ZnO纳米阵列紫外光探测器件的制备方法，具体包括以下工艺步骤：

步骤1.制备一维ZnO纳米阵列：

首先在FTO透明导电玻璃上旋涂浓度为0.25~0.5 M的晶种液，接着放入电炉中350~400℃烧结30~60分钟，冷却后放入浓度为0.05 M的生长液中90~95℃生长20~24小时，得到长度为2~3 um排列整齐的一维ZnO纳米阵列，备用；