[发明专利]一种3D树枝状结构的光电探测器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种三维(3D)树枝状结构的光电探测器及其制作方法，属于光电探测器领域。光电探测器自下而上依次有Si基底、绝缘SiO₂层、3C‑SiC/ZnO三维树枝状结构异质结材料和金属电极。首先，利用热碳还原的方法制备3C‑SiC纳米线主干；然后，采用沉积的方法在3C‑SiC纳米线表面沉积一层ZnO种子层；再利用水热的方法在ZnO种子层上生长ZnO纳米线枝杈，形成3C‑SiC/ZnO三维树枝状结构异质结材料；最后，将单根3C‑SiC/ZnO三维树枝状结构异质结材料转移至SiO₂/Si衬底，利用光刻和剥离技术在异质结材料两端镀上金属电极，既得所述光电探测器。本发明光电探测器具有更大的吸光面积和吸光范围，以及更有效的光生载流子分离率、更高的光电流增益和更快的光响应速度。

技术领域

本发明涉及一种三维(3D)树枝状结构的光电探测器及其制作方法，属于光电探测器领域。

背景技术

光电探测器在光波通讯、成像技术、光电电路、未来的光存储、空间探索、环境监测、生物和医疗等领域的作用至关重要。一维(1D)半导体纳米线结构由于其完美的结晶性、较大的比表面积和较高的载流子迁移率，被认为是构建未来高性能纳米器件的重要基本组成单元。然而，由于单一成分的1D半导体纳米线有限的光吸收和光电转换效率，使得纳米线基光电探测器很难获得广泛的光谱响应，大大限制了他们在光电开关、光学存储和紫外/可见光成像等宽光谱敏感器件中的应用。为克服上述问题，由两种不同物质组成的三维(3D)树枝状纳米材料及其在光电、光催化、光伏和传感器方面的应用受到了广泛的关注。由于此特殊结构集成了两种不同材料，可以利用两种材料的不同特性来获得各种功能的集成，从而实现单一组分材料所不能达到的效果。另外，由于其树枝状结构的超大比表面积，可以有效的提高光吸收率、增大材料与探测物质的接触面积。而且，相对于较大尺寸的纳米线主干，更小尺寸的纳米线枝杈可以使载流子更高效的分离和收集。

ZnO和SiC由于其各自优异的光电特性，近些年在光电探测器领域得到了极大的关注。然而由于ZnO的氧空位和锌填隙的本征缺陷，导致其制备的光电探测器的光电流不稳定而且响应时间长。并且ZnO的禁带宽度为3.37eV，只能吸收紫外光，这也限制了ZnO基光电探测器在其他方面的应用。

发明内容

为了解决ZnO基紫外探测器所表现出来的问题，本发明的目的是提供一种3D树枝状结构的光电探测器及其制作方法，以提高光电探测器的性能和应用范围。

为了实现以上目的，本发明的光电探测器所采用的技术方案是：

一种3D树枝状结构的光电探测器，该光电探测器包括Si衬底，在Si衬底表面沉积有绝缘的SiO₂层，在SiO₂层的表面设置有3C-SiC/ZnO三维树枝状结构异质结材料，在3C-SiC/ZnO树枝状异质结材料两端沉积有金属电极，且形成欧姆接触。

所述的3C-SiC/ZnO树枝状结构异质结材料的个数为1～20根；所述的金属电极为Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au；所述的金属电极的厚度为100至200纳米。

所述的3C-SiC/ZnO三维树枝状结构异质结材料中，自内而外依次有3C-SiC纳米线主干、ZnO种子层、ZnO纳米线枝杈，3C-SiC纳米线为三维树枝状结构的主干、ZnO纳米线为三维树枝状结构的枝杈。

所述的3C-SiC纳米线主干的长度为100纳米至1毫米，直径为10纳米至10微米；所述的ZnO纳米线枝杈的长度为20纳米至20微米，直径为10纳米至1微米。

所述的3D树枝状结构的光电探测器的制作方法，包括如下步骤：

1)取相同摩尔数的二氧化硅和碳的粉末在石英舟中混合均匀，将混合后的粉末放入高温管式炉中加热并保温，在加热过程中持续通入保护性气体，得到3C-SiC纳米线；