一种自驱动ZnO基紫外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开的自驱动ZnO基紫外探测器，自下而上依次有透明导电衬底、ZnO籽晶层、ZnO纳米阵列、电解质层、NiS纳米针阵列导电层和玻璃。其制备方法为采用磁控溅射在透明导电衬底上生长一层ZnO籽晶层，然后采用水热法在其上生长ZnO纳米阵列；采用水热法在玻璃上生长NiS纳米针阵列导电层；并将其覆盖在ZnO纳米阵列上，使两者之间形成一个20～60μm的空腔；最后将电解质注入空腔，密封制成自驱动ZnO基紫外探测器。相比于传统的紫外探测器，本发明专利技术具有无需外加偏压、响应速度快、响应灵敏度高、结构简单等优势。此外，制备成本低，易于实现大面积、大阵列，在军事、民用以及一些特定领域具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开的自驱动ZnO基紫外探测器，自下而上依次有透明导电衬底、ZnO籽晶层、ZnO纳米阵列、电解质层、NiS纳米针阵列导电层和玻璃。其制备方法为采用磁控溅射在透明导电衬底上生长一层ZnO籽晶层，然后采用水热法在其上生长ZnO纳米阵列；采用水热法在玻璃上生长NiS纳米针阵列导电层；并将其覆盖在ZnO纳米阵列上，使两者之间形成一个20～60μm的空腔；最后将电解质注入空腔，密封制成自驱动ZnO基紫外探测器。相比于传统的紫外探测器，本专利技术具有无需外加偏压、响应速度快、响应灵敏度高、结构简单等优势。此外，制备成本低，易于实现大面积、大阵列，在军事、民用以及一些特定领域具有重要的应用价值。【专利说明】
本专利技术属于半导体器件
，特别是指一种自驱动的ZnO基紫外波段探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一新型探测技术，在军事和民用等方面具有广泛的应用。在军事上，导弹预警、制导、紫外通讯、生化分析等；在民用上，如明火探测、生物医药的分析、臭氧监测、海上油监、太阳照度监测、公安侦察等。目前，美国己有商业上出售的利用GaN基紫外探测器制备的太阳紫外指数手表。然而，关于自驱动紫外探测器的报道还很少。以ZnO为代表的宽禁带半导体材料在紫外探测器方面有着广阔的应用前景而备受关注，发展十分迅速。ZnO是一种环境友好型宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，具有制备方法多样、耐高温、制备成本低、抗辐射和带隙可调等优点。相比于传统的薄膜紫外探测器，自驱动ZnO基紫外探测器更具有无需外加偏压、响应速度快、响应灵敏度高、结构简单等优势。且光敏材料ZnO纳米阵列可通过掺杂等手段来实现对不同波段紫外线的探测，具有易于实现大面积、大阵列，光敏材料可控的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备成本低、工艺简单的自驱动ZnO基紫外探测器及其制备方法。本专利技术的自驱动ZnO基紫外探测器，自下而上依次有透明导电衬底、ZnO籽晶层、ZnO纳米阵列、电解质层、NiS纳米针阵列导电层和玻璃。通常，ZnO籽晶层的厚度为30?100纳米，ZnO纳米阵列的厚度为I?3微米；NiS纳米针阵列导电层的厚度为3?7微米；电解质层在ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间形成的20?60微米空腔内。上述的电解质可以是去离子水。所述的透明导电衬底可以是FTO玻璃、AZO玻璃或ITO玻璃。自驱动ZnO基紫外探测器的制备方法，包括以下步骤: 1)将经清洗处理的透明导电衬底放入磁控溅射设备，以ZnO陶瓷靶为溅射靶材，在200?500 °C温度，I?5 Pa压力下，进行磁控溅射生长ZnO籽晶层；然后放入水热反应釜中，以硝酸锌和六次甲基四胺为源，硝酸锌和六次甲基四胺的摩尔比为1:1，在80?120 V保温4?10 h,在ZnO籽晶层上生长ZnO纳米阵列； 2)将经清洗处理的玻璃垂直放入水热釜中，以硫酸镍、硫脲和氨水为源，硫酸镍、硫脲和氨水的摩尔比1:1:2，在100?200 °C下保温5?20 h，在玻璃上生长NiS纳米针阵列导电层； 3)将步骤2)生长的有NiS纳米针阵列导电层的玻璃覆盖在步骤I)的ZnO纳米阵列上，使ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间相距20?60微米，先用密封剂将三个侧面密封，然后将电解质注入ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间的空腔内，再用密封剂密封剩下的一个侧面，得到自驱动的ZnO基紫外探测器。工作原理:紫外光从透明导电衬底背面一侧入射，由于η型半导体ZnO纳米阵列的费米能级要比电解质的费米能级高，因此电子将从ZnO纳米阵列一侧流向电解质的一侧，从而使得能带弯曲，在ZnO纳米阵列和电解质的界面处形成了载流子耗尽层即形成了内建电场，形成内建电场有利于光生电子空穴的分离，因此不需要外加电压即可实现自驱动。本专利技术的有益效果在于: 1)本专利技术方法简单，易于实现大面积、大阵列； 2)无需外加偏压、响应速度快、响应灵敏度高； 3)通过对ZnO纳米线进行掺杂，可实现对不同波段紫外线的探测。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的自驱动ZnO基紫外探测器结构示意图。图中:1为透明导电衬底、2为ZnO籽晶层、3为ZnO纳米阵列、4为电解质层、5为NiS纳米针阵列导电层、6为玻璃。【具体实施方式】以下结合附图详细叙述本专利技术。参照图1，本专利技术的自驱动ZnO基紫外探测器，自下而上依次有透明导电衬底1、ZnO籽晶层2、ZnO纳米阵列3、电解质层4、NiS纳米针阵列导电层5和玻璃6。实施例1 I)将经清洗处理的FTO玻璃放入磁控溅射设备，温度300 V，调节生长室压力为2 Pa，溅射功率100 W，溅射靶材为ZnO陶瓷靶，生长厚度为50纳米的ZnO籽晶层，然后以硝酸锌和六次甲基四胺为源，硝酸锌和六次甲基四胺的摩尔比为1:1，在水热反应釜中95 °C保温6h，在ZnO籽晶层上生长长度为2微米的ZnO纳米阵列。2)将经清洗处理的玻璃衬底垂直放入水热釜中，以硫酸镍、硫脲和氨水为源，硫酸镍、硫脲和氨水的摩尔比1:1:2,150 °C下保温20 h，生长长度为7微米的NiS纳米针导电层。3)将步骤2)生长的有NiS纳米针阵列导电层的玻璃覆盖在步骤I)的ZnO纳米阵列上，使ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间相距20微米，先用密封剂将三个侧面密封，然后将去离子水注入ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间的空腔内，再用密封剂密封剩下的一个侧面，得到自驱动的ZnO基紫外探测器。本例制得的自驱动的ZnO基紫外探测器响应速度为0.5s。实施例2 I)将经清洗处理的ITO玻璃放入磁控溅射设备，温度200 °C，调节生长室压力为I Pa，溅射功率100 W，溅射靶材为ZnO陶瓷靶，生长厚度为30纳米的ZnO籽晶层，然后以硝酸锌和六次甲基四胺为源，硝酸锌和六次甲基四胺的摩尔比为1:1，在水热反应釜中80 °C保温4 h，在ZnO籽晶层2上生长长度为I微米的ZnO纳米阵列。2)将经清洗处理的玻璃衬底垂直放入水热釜中，以硫酸镍、硫脲和氨水为源，硫酸镍、硫脲和氨水的摩尔比1:1:2，100 °C下保温10 h，生长长度为5微米的NiS纳米针导电层。3)将步骤2)生长的有NiS纳米针阵列导电层的玻璃覆盖在步骤I)的ZnO纳米阵列上，使ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间相距50微米，先用密封剂将三个侧面密封，然后将去离子水注入ZnO纳米阵列和NiS纳米针阵列导电层之间的空腔内，再用密封剂密封剩下的一个侧面，得到自驱动的ZnO基紫外探测器。本例制得的自驱动的ZnO基紫外探测器响应速度为0.7s。实施例3 I)将经清洗处理的AZO玻璃放入磁控溅射设备，温度500 V，调节生长室压力为5 Pa，溅射功率200 W，溅射靶材为ZnO陶瓷靶，生长厚度为100纳米的ZnO籽晶层，然后以硝酸锌和六次甲基四胺为源，硝酸锌和六次甲基四胺的摩尔比为1:1，在水热反应釜中120 °〇保温10 h，在ZnO籽晶层上生长长度为3微米的ZnO纳米阵列。2)将经清洗处理的玻璃衬底垂直放入水热釜中，以硫酸镍、硫脲和氨水为源，硫酸镍、硫脲和氨水的摩尔比1:1:2，200 °C下保温5 h，生长长度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自驱动ZnO基紫外探测器，其特征是：自下而上依次有透明导电衬底（1）、ZnO籽晶层（2）、ZnO纳米阵列（3）、电解质层（4）、NiS纳米针阵列导电层（5）和玻璃（6）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志镇，戴文，潘新花，黄靖云，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33