[发明专利]一种控制横向ZnO纳米线阵列紫外探测器均匀性的方法

说明书

一种控制横向ZnO纳米线阵列紫外探测器均匀性的方法，涉及纳米技术与紫外探测技术领域。本发明利用水热法技术，基于二氧化硅衬底、种子层、台阶之间的相互作用，通过依次调整二氧化硅衬底种类、台阶处坡度、种子层厚度、溶液生长浓度和生长时间等实验参数得到高均匀性横向ZnO纳米线阵列的紫外探测器。本发明简单有效，提高了探测器均匀性和稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米技术与紫外探测技术领域，具体地说是利用ZnO对紫外响应的优良特性，将传统的微电子工艺技术与纳米线融合起来从而实现对紫外光的探测，利用工艺条件及工艺材料的变化，控制横向结构ZnO纳米线阵列的均匀。满足对紫外光探测稳定性的要求。

背景技术

近年来，紫外辐射探测越来越重要。世界卫生组织报道过度的紫外辐射会对人体产生危害。除了健康监测外，紫外传感器在诸如环境监测，净水器，熄火检测，生物医学分析以及光通信等领域具有广泛的应用。早期紫外传感器采用硅衬底制备，然而，硅基器件需要滤光器除去可见光和红外光，并且需要冷却以降低暗电流来满足在高灵敏度应用领域的要求。这些问题促使研究者们采用近紫外谱区域的宽直接带隙材料来制备紫外探测器。这些材料之中，由于ZnO具备良好的生物相容性，低廉的价格，以及通过调节制备方法和制备条件便可简易地实现多样的纳米结构，因此成为研究的热点。得益于一维纳米结构带来的独特特性，如载流子限制以及高面积-体积比，基于ZnO纳米线的紫外探测器比ZnO薄膜的紫外探测器具有更加良好的性能。单晶纳米线为电子提供了直接通道，从而提高了光响应速度。高面积-体积比和高表面态密度提高了光电导增益，从而可以实现高光敏性。

至今，许多研究致力于提高灵敏度和响应速度，或开发应用于柔性电子产品和自供电应用的新型器件结构，然而，纳米结构的实用性很少受到关注，如批量制造的可制造性和均匀性。一般地，将传导电流对紫外辐射十分敏感的纳米线与两个电极连接，便能够实现ZnO纳米线紫外传感器。文献中报道的纳米线常用的制备方法可分为三种：

第一种方法涉及到将生长好的NW转移到一个新的衬底上，并将纳米线放置在两个导电电极之间，因为垂直纳米线阵列或无序纳米线很好获得。对于单根纳米线器件，通过聚焦离子束或电子束曝光淀积电极后，经过拾取和放置的工艺便可制备，这种方法昂贵而且产量低；对于纳米线阵列，则是一个在通过接触印刷形成的预图形化电极上的再分配工艺。或者通过在电极之间滴含有ZnO纳米线的溶液来制取。这种方法仍然部分依赖于实验者的操作。除此之外，在转移过程中，可能会污染和破坏纳米线的表面，从而影响紫外传感能力。

第二种方法将生长的垂直NW阵列直接集成到器件结构中。通常的方法是首先沉积一层ZnO种子层[1]，然后通过水热法生长NW。电极可以安置在种子层[1，芯片上]底部，也可以在纳米线阵列上面[462,461,102,105],然而，在这两种放置方式中，器件的导电通道都必须是在NWs下面连接两个电极的种子层，这会降低光敏感性以及响应时间和恢复时间。如果电极一个在上，一个在下[d2-100,d2-1,d2-101]，出于稳定性的考虑，实际上需要透明绝缘填充层，这种填充层可能不会影响发光器件(LED)或太阳能电池的性能，但的确不是合适传感应用。因此，已经开发了在金属电极上直接生长NWs的方法[5,on-chip,12-2008,2013,p9-2]。尽管阵列垂直排列，一边电极边缘的一部分纳米线将会横向倾斜与另一个电极上的纳米线接触，并形成NW-NW结，并桥接两个电极。这种器件结构的电导由NW-NW结势垒控制，此势垒被认为是两个背对背肖特基势垒。因此，穿过结势垒的隧道电流对该势垒的微小变化十分敏感，利用UV照射可以调节结势垒的大小，因此可以降低暗电流，且响应速度提高。该器件结构的缺点是垂直生长的NWs消耗了溶液的大部分溶质，导致只有小部分NW横向生长在电极边缘，不能保证纳米线的均匀性。结果，即使在一个晶片中制造的器件之间也将存在性能变化。