[发明专利]一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器，其特征在于：由上至下依次包括金属In点电极、金属Pd顶电极、约1微米厚的掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层、p型单晶硅基底和金属In底电极，所述p型单晶硅层与掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层构成异质结。

2.根据权利要求1所述光电探测器件，其特征在于：掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层在p型硅基底表面，金属Pd顶电极在掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层表面，金属In底电极压制于硅基底背表面。

3.根据权利要求1-2任一所述光电探测器件，其特征在于：所述顶电极为Al、Au、Ag、Pd或Pt；所述p型硅单晶基底电阻率为0.1～1欧姆·厘米。

4.一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器，其特征在于：氧化锌纳米棒中有氮元素的存在，所述光电探测器件在无外加偏压下对紫外到近红外波长范围的光具有光响应。

5.一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)选取p型硅基底，清洗去除表面污染物并进行干燥；

(2)将干燥完成的硅基底放入真空腔，采用射频磁控溅射技术，在氩气环境下，利用电离出的氩离子轰击氧化锌靶材，在硅基底表面沉积氧化锌薄膜层；所述氧化锌靶材为99.9％纯度的氧化锌陶瓷靶，所述氩气气压维持1.2帕斯卡不变，靶基距为40～60毫米，薄膜的沉积温度为20～25摄氏度，薄膜层厚度为40～100纳米；

(3)将步骤(2)中获得的样品放入管式电阻炉，在温度为300～400摄氏度下空气气氛中热处理，温度上升速率为2摄氏度每分钟，至300～400摄氏度时保持60～180分钟，然后自然冷却至室温；

(4)将0.3～0.5克六水合硝酸锌、0.15～0.25克乌洛托品和0.5～1毫升25％的氨水溶解于60～70毫升蒸馏水水中，充分搅拌5～10分钟，所得生长液倒入80～100毫升的带有特氟龙内衬的高温反应釜中，将步骤(3)得到的样品放入反应釜中，在80～100摄氏度环境下反应1～2小时，样品从溶液中取出后用无水乙醇洗涤并充分干燥；

(5)将步骤(4)得到的样品放入管式电阻炉，在温度为300～400摄氏度下空气气氛中热处理，温度上升速率为2摄氏度每分钟，至300～400摄氏度时保持60～180分钟，自然冷却至室温；

(6)将步骤(5)得到的样品放入装有40～80毫升三乙胺的80～100毫升的带有特氟龙内衬的高温反应釜中，在180～220摄氏度环境下反应2～5小时，将样品从溶液中取出后用乙醇清洗，室温下氮气环境中干燥；

(7)将步骤(6)中得到的样品在表面覆盖掩膜片后放入溅射室，利用抽真空系统使溅射室处于真空状态，直到背景真空达到目标真空度10^-3～10^-5帕斯卡，向溅射室中通入氩气，待气压到达5帕斯卡稳定后，采用直流磁控溅射技术，利用电离出的氩离子轰击金属Pd靶材，在样品表面沉积金属Pd顶电极；靶基距为50毫米，金属Pd薄膜的沉积温度为20～25摄氏度，金属Pd顶电极厚度为5～15纳米；

(8)将步骤(7)中得到的样品分别在金属Pd顶电极和p型硅基底上完成金属In电极的压制，并引出金属Cu导线。

6.根据权利要求5所述的一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述硅基底为p型单晶硅基底，尺寸为10毫米×10毫米，电阻率为0.1～1欧姆·厘米。

7.根据权利要求5所述的一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，所述Pd靶材为纯度99.9％的Pd金属靶，所述溅射功率为10～50瓦，沉积温度为30～50摄氏度。

8.根据权利要求5所述的一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(8)中，所述金属In电极所用原料In的纯度为99.5％，金属Pd顶电极上金属In电极大小和厚度分别为1毫米×1.5毫米和1毫米，硅基底上金属In电极大小和厚度均分别为10毫米×10毫米和2毫米，Cu导线直径为0.1毫米。