[发明专利]一种氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器，更具体地说是涉及一种氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器件可以将感应到的光信号转换为电信号，具有重要的军用价值和广阔的民用市场。光电探测器件的结构层自下而上依次为绝缘衬底、感光层和电极。纳米光电探测器是采用纳米材料作为感光层的光电探测器，其具有易于集成、低功耗、低成本的特点。更为重要的是，纳米光电探测器与同种材质的薄膜光电探测器相比，具有更高的灵敏度和反应速度。氧化锌为近年来广泛研究的II-VI族半导体材料，室温禁带宽度～3.37eV，激子结合能～60meV，对于紫外线非常敏感。

现有的氧化锌光电探测器主要是采用氧化锌薄膜作为感光层，用普通的平面硅作为衬底。这使得氧化锌光电探测器存在感光面积小、对入射光吸收不充分以及灵敏度低的问题。因而，如何使用一种经济便捷的方法提升氧化锌光电探测器对入射光的吸收利用，这在光电探测器领域有着重要的意义。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器及其制备方法，以期有效增大光电探测器的感光面积，提高对入射光的利用率，提高光电探测器的灵敏度。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明的氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器，是以p-型硅片为衬底，在所述衬底的上表面形成有黑硅层，在所述黑硅层上形成有氧化锌纳米棒阵列层；在所述氧化锌纳米棒阵列层上设置有顶电极；在所述衬底的下表面设置有底电极。

构成所述氧化锌纳米棒阵列层的氧化锌纳米棒垂直于黑硅层生长。

所述p-型硅片的表面形成有金字塔结构。

所述顶电极和所述底电极皆为通过涂抹银浆而形成的银电极。

上述氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

a、对p-型硅片进行超声清洗并吹干备用；

b、将1～3g KOH固体和10mL异丙醇溶解在40mL水中，制得碱性刻蚀液；然后将p-型硅片放入碱性刻蚀液中，80～85℃水浴条件下加热20～40分钟，取出后冲洗，即在p-型硅片的上表面形成金字塔结构；

c、将0.042g硝酸银颗粒和10.7mL质量浓度为40％的氢氟酸溶解于50mL水中，获得溶液A；

将2mL质量浓度为30％的过氧化氢和10.7mL质量浓度为40％的氢氟酸加入到50mL水中，获得酸性刻蚀液；

将10mL质量浓度为68％的硝酸加入到10mL水中，获得溶液B；

然后将表面形成有金字塔结构的p-型硅片依次在溶液A中浸泡1min，在酸性刻蚀液中刻蚀1～3min，在溶液B中浸泡2～3h；取出后用去离子水清洗，即在p-型硅片的上表面形成黑硅层；

d、将0.16g二水合醋酸锌溶解于15mL乙二醇甲醚中，制成旋涂液；然后使用匀胶机将所述旋涂液滴在黑硅层上，并在3000转/秒的转速下旋涂20～40s，再在150℃下烘烤10分钟；重复滴液、旋涂、烘烤3～5次，使黑硅层上形成氧化锌籽晶层；

e、将0.2～0.6g六水合硝酸锌和0.21g乌洛托品溶解于30mL水中，制得氧化锌纳米棒阵列的生长液；将形成有氧化锌籽晶层的p-型硅片竖直放入盛有生长液的反应釜中，95℃生长6h；然后取出并清洗，即在黑硅层上形成氧化锌纳米棒阵列层；

f、利用银浆分别从p-型硅片底部和氧化锌纳米棒阵列的顶部引出底电极和顶电极，即完成氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器的制备。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明的纳米光电探测器采用氧化锌纳米棒阵列作为主要的感光层，纳米棒排布均匀且致密，具有较大的比表面积，使得纳米光电探测器的感光面积显著地增加，大幅增加了光生载流子的数量，提升了纳米光电器件的灵敏度。

2、本发明的纳米光电探测器以表面具有准有序晶微结构的黑硅层为衬底，作为清洁高效的新型硅基太阳能电池原材料的一种，拥有极好的陷光效应，能够提升入射光的吸收率、抑制入射光的反射率，在低成本的前提下提升了能量的转换效率，从而进一步提升了纳米光电探测器的灵敏度。

3、本发明采用氧化锌纳米棒垂直于生长面的结构，在光照情况下能够快速地在氧化锌纳米棒表面以及黑硅衬底表面收集到大量的光生载流子，并且借由纳米棒垂直结构的优点，这些光生载流子能够非常快速地在纳米棒中传输，提高了光电探测器的速度，并且克服了在平面硅上光生载流子传输损耗较大的缺点。