[发明专利]钛锆氧化物固溶体纳米线阵列紫外光探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种以透明导电玻璃为衬底，以钛锆氧化物固溶体(Zr_xTi_1-xO₂)纳米线阵列为基体，以Ag或Au为金属电极的肖特基结构半导体紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术

紫外探测器在国防军事、紫外天文学、燃烧工程、导弹尾焰探测、紫外告警、生物细胞癌变检测以及涡轮引擎燃烧效率监测等方面均有着广泛的应用前景，已经成为世界上许多先进国家研究开发的重点课题之一。而宽禁带半导体基紫外光探测器由于体积小、效率高、成本低、功耗低等优点，在光电探测领域得到了广泛的重视和飞速的发展。

目前用于紫外光探测器的半导体材料有很多，主要集中在SiC、GaN和ZnO等材料中。但迄今为止，没有哪一种宽禁带半导体紫外光探测器及成像器件能成为这一领域的主流产品。其中主要的原因是缺少制备大规模集成器件的衬底材料和有效的技术手段。另外，用以上材料制备紫外光电探测器，不仅制备工艺难度大，生产成本高，对加工条件和设备的要求也很苛刻。由于TiO₂材料价格低廉，具有非常好的耐候性、物理和化学稳定性和良好的光电特性，因此在紫外光探测方面具有明显的优势。

但TiO₂基紫外探测器的响应度还有待进一步提高，测试范围也有待于扩展。Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列综合了TiO₂和ZrO₂的优点，已经在光催化领域得到了重要的应用。相对于TiO₂纳米材料，Zr_xTi_1-xO₂材料具有更高的比表面积和更好的热稳定性，最重要的是：Zr_xTi_1-xO₂的禁带宽度还可以根据材料中Ti和Zr的不同比例从3.0eV(TiO₂)调整到7.8eV(ZrO₂)，有望制作出日盲区深紫外探测器。另外，一维取向的Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列不但可以有效抗拒团聚效应，提高器件的长期稳定性和使用寿命，还可以使电信号在器件内部沿着材料的纵向有向传导，从而降低器件的响应恢复时间并提高响应度。因此，Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列基紫外探测器具有独特的应用前景。

发明内容

本发明目的是提供一种以透明导电玻璃为衬底、以Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列为基体的金属/半导体肖特基结结构的光伏型紫外光探测器及该探测器的制备方法。

本发明所述的Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列紫外光探测器，其特征在于：依次由透明导电玻璃衬底、采用低温极性界面水解法在衬底上直接生长的一维Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列、在纳米线阵列上直接制备的Ag或Au金属电极构成，待探测的紫外光从透明导电玻璃衬底的一侧入射；其中透明导电玻璃衬底的厚度为2～3mm，一维Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列的厚度为1～3μm，一维Zr_xTi_1-xO₂纳米线材料中Zr与Ti的摩尔比为0.01～1∶1；金属电极的有效面积为1～5mm²，厚度为500～1000μm。本发明所述的Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列紫外光探测器，当Zr与Ti的摩尔比为0.01～0.1∶1时，Zr的掺入可以使器件获得较高的响应度；当Zr与Ti的摩尔比为0.2～1∶1时，虽然器件响应度会有所降低，但其响应度的峰值会出现相应的蓝移，有利于对短波长紫外光进行探测。

本发明所述的Zr_xTi_1-xO₂纳米线阵列紫外光探测器的制备步骤如下：

(一)衬底的处理