[发明专利]一种ZnO纳米阵列紫外探测器及其制作方法

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，涉及一种ZnO纳米阵列紫外探测器以及该紫外探测器的制作方法。

 

背景技术

紫外探测器广泛应用于科研、军事、太空、环保和许多工业领域，如太空飞船中的紫外光监视器，臭氧层太阳光紫外线监视，热背景火焰探测，废气监视等；还可用于医学、生物学等；在日常生活中还可作为UV-A (230～400nm)、UV-B (280~320nm) 紫外计量计供海滩、高山等富紫外环境中的个人使用。

ZnO是一种宽禁带直接带隙化合物半导体材料，禁带宽度约为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV。ZnO在室温下的紫外受激辐射具有较高光学增益、高能量转换效率以及高光响应等特性，可用于制作紫外探测器。与其他半导体紫外探测器相比，ZnO紫外探测器具有化学和热稳定性好、熔点和激子束缚能高、机电藕合性好、原料易得、电子诱生缺陷低等优势。早期的ZnO紫外探测器大都基于ZnO薄膜，近年来研究者开始尝试用一维ZnO纳米材料来构建高灵敏的紫外探测器。这主要是由于一维ZnO纳米材料具有高的比表面积和高的内部光电导增益，用其构建的紫外探测器的光电响应性能大大提高，因此，基于一维ZnO纳米材料的紫外探测器具有巨大的发展潜力。

一维ZnO纳米材料用来构建紫外探测器时可以选择利用单根ZnO纳米材料进行搭建，也可以选择利用ZnO纳米阵列进行搭建。用单根ZnO纳米材料构建的紫外探测器通常具有微弱的光电流，从而阻碍了其在实际应用方面的发展；相比之下，用ZnO纳米阵列构建的紫外探测器则具有更大的吸光面积和更高的稳定性，这种优越性使得ZnO纳米阵列紫外探测器具有非常广阔的实际应用前景。然而，目前ZnO纳米阵列紫外探测器的制作却往往需要非常繁琐昂贵的工艺，因此如何简化工艺、降低成本、并且提高器件性能对于实现ZnO纳米阵列紫外探测器的大规模生产非常重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种简化ZnO纳米阵列紫外探测器的制作工艺，同时增加器件吸光面积进而提高器件光电响应性能的ZnO纳米阵列紫外探测器及其制作方法。

本发明的技术方案是：一种ZnO纳米阵列紫外探测器，该器件结构为金属-半导体-金属接触型，从下到上依次为ITO或FTO导电玻璃的基底，覆盖在所述基底上的ZnO薄膜，位于所述ZnO薄膜中间位置的一端电极，以及所述一端电极四周的ZnO纳米阵列，同时所述基底为另一端电极；其中，所述一端电极为Ag或Pt；一端电极的面积为基底总面积的10%~12%。

本发明的另一目的是提供一种上述ZnO纳米阵列紫外探测器的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤1.将以ITO或FTO导电玻璃为基底，所述基底依次用丙酮、乙醇和异丙醇进行超声清洗，用氮气吹干，备用；

步骤2.利用磁控溅射法在上述步骤（1）处理过的ITO或FTO导电玻璃基底上沉积一层厚度为200~250 nm的ZnO薄膜，再在ZnO薄膜的中央位置附近点Ag胶或点Pt浆并且引出导线为一端电极，放置4~8 h使电极干化，其中一端电极的面积为基底总面积的10%~12%；

步骤3. 在Ag或Pt电极上覆盖一层已加入固化剂并室温放置0.5~1.5 h后的聚二甲基硅氧烷（PDMS），在60~70℃的烘箱中加热35~45 min至聚二甲基硅氧烷（PDMS）电极保护层完全固化；

步骤4. 将经过步骤3处理后所得的基片放入盛有生长液的容器中生长8~14 h得到ZnO纳米阵列，结束生长后用去离子水清洗并烘干；

步骤5. 将经步骤4制备后所得的样品的一侧边缘处刮掉占样品总面积7%~9%的ZnO层（即ZnO纳米整列和ZnO薄膜）使该处ITO或FTO导电玻璃基底裸露，在露出的导电玻璃基底上接出导线为另一端电极，即得到ZnO纳米阵列紫外探测器。

本发明具有以下特点：

1. 采用生长基底，即导电玻璃，作为一端电极，简化了电极构建程序并且提高了载流子收集效率。

2. 避免了在ZnO纳米阵列中填充绝缘体，这样既缩短了工艺流程也大大提高了器件的吸光面积。

3. 整个实验过程不涉及高温反应，不涉及危险化学药品，安全并且易于操作。

 

附图说明

图1为ZnO纳米阵列的场发射扫描电镜照片示意图。（a）俯视图；（b）截面图。

图2为ZnO纳米阵列的（a）XRD谱图和(b)PL谱图。

图3为ZnO纳米阵列紫外探测器的结构示意图。