一种ZnO紫外光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术属于紫外探测器技术领域，具体涉及一种ZnO紫外光电探测器及制备方法。本发明专利技术包括从下至上依次设置的ITO玻璃衬底、n型低维ZnO纳米线结构层、Mg或Cd掺ZnO薄膜层、p型低维ZnO纳米线结构层和上电极层。本发明专利技术在p层和n层之间加入Mg或Cd掺ZnO薄膜层可有效拓宽p

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO紫外光电探测器及制备方法


[0001]本专利技术属于紫外探测器
，具体涉及一种ZnO紫外光电探测器及制备方法。

技术介绍

[0002]紫外探测器与红外探测器相比其波段更短，虚警率低、探测精度高，因此紫外探测器在军事、航空、火灾预警及环境污染监测等领域具有非常重要的应用需求。ZnO作为第三代宽禁带半导体材料，其禁带宽度为3.37eV，ZnO紫外光电探测器因本征位于紫外光区，可天然滤除可见光和红外光的影响，并可根据光生伏特效应在无能源供给的情况下使用，且制备材料无毒、原料丰富，逐渐吸引了研究者的广泛关注。
[0003]目前针对ZnO紫外光电探测器的研究主要集中在肖特基结型、p
‑
n异质结型及p
‑
n同质结型三种结构上，p
‑
n同质结ZnO紫外光电探测器与其他两种类型相比具有响应速度高、界面晶格失配小的特点，且p
‑
n结型紫外光电探测器可利用光伏效应形成自驱动紫外光电探测器件，在不外加电场的情况下可直接对紫外光进行检测，可在无能源供给的情况下使用。然而，由于p
‑
n层之间较窄的耗尽区极大的降低了紫外光电探测器的量子效率和响应度，因此p
‑
n结耗尽区较窄一直制约着p
‑
n同质结ZnO紫外光电探测器的应用发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的p
‑
n同质结ZnO紫外光电探测器的p
‑
n结耗尽区较窄的缺陷，提供了一种能够拓宽耗尽区的ZnO紫外光电探测器及制备方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种ZnO紫外光电探测器，包括从下至上依次设置的ITO玻璃衬底、n型低维ZnO纳米线结构层、Mg或Cd掺ZnO薄膜层、p型低维ZnO纳米线结构层以及上电极层；
[0006]所述ITO玻璃衬底上还设置有下电极层；所述上电极层与所述下电极层电连接。
[0007]进一步地，所述Mg或Cd掺ZnO薄膜层的晶胞为Mg
x
Zn
16
‑
x
O
16
或Cd
x
Zn
16
‑
x
O
16
，其中x为0、1、2、3、4。
[0008]进一步地，所述p型低维ZnO纳米线结构层的侧壁上沉积有Ag纳米颗粒。
[0009]进一步地，所述上电极层和所述下电极层均采用Cr/Ni金属电极。
[0010]一种ZnO紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、清洗ITO玻璃衬底；依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水对ITO玻璃衬底进行超声振荡清洗，使用氮气将清洗后的ITO玻璃衬底吹干，并将ITO玻璃衬底放置于无尘纸上；
[0012]S2、制备低维n型低维ZnO纳米线结构层；采用水热法制备n型低维ZnO纳米线结构层；
[0013]S3、将步骤S2中得到的n型低维ZnO纳米线结构层转移到ITO玻璃衬底上；
[0014]S4、制备Mg或Cd掺ZnO薄膜层；将上述带有n型低维ZnO纳米线结构层的ITO玻璃衬底放入磁控溅射真空腔中，采用直流
‑
射频共溅的磁控溅射方式制备Mg或Cd掺ZnO薄膜层；
[0015]S5、将制备好的Mg或Cd掺ZnO薄膜层晶粒放入退火炉中以400
‑
500℃退火，高温区
设置保温1
‑
2个小时，快速升温、缓慢降温的退火过程可消除晶粒中的间隙或空位等缺陷，使晶粒重新排列，达到均匀致密的效果；
[0016]S6、制备p型低维ZnO纳米线结构层；采用水热法制备p型低维ZnO纳米线结构层，并将p型低维ZnO纳米线结构层设置在步骤S5制备的Mg或Cd掺ZnO薄膜层上方；
[0017]S7、将带有步骤S7中制备好的p型低维ZnO纳米线结构层的产品放置在磁控溅射真空腔内，采用直流磁控溅射方式将Ag纳米颗粒沉积在所述p型低维ZnO纳米线结构层的侧壁上；
[0018]S8、在不打开真空腔的环境下，在带有Ag纳米颗粒的产品上制备上电机层和下电极层，完成ZnO紫外光电探测器的制备。
[0019]进一步地，步骤S2中所述低维n型低维ZnO纳米线结构层的制作过程包括以下步骤：
[0020]S21、将六水硝酸锌Zn(NO3)2·
6H2O、九水合硝酸铝Al2(NO3)3·
9H2O溶质加入氢氧化钠NaOH在量筒中搅拌溶解得到溶液A；
[0021]S22、向溶液A中加入柠檬酸三钠C6H5O7Na3·
2H2O充分搅拌后得到溶液B；
[0022]S23、将溶液B转移至反应釜中密封后放入电热恒温干燥箱中进行水热反应得到溶液C；
[0023]S24、转移到培养皿中干燥处理得到Al掺ZnO的n型低维ZnO纳米线结构层。
[0024]进一步地，步骤S4中直流和射频共溅的磁控溅射方法所用靶材为Mg金属靶材和ZnO陶瓷靶，所述ZnO陶瓷靶上固定安装有铜金属背靶；
[0025]溅射反应腔体真空度为2
×
10
‑6至5
×
10
‑6Torr，衬底温度为100
‑
180℃，工作压强为1
‑
2Pa，溅射时间为100
‑
150分钟，直流溅射的功率为70
‑
90W，射频溅射的功率为100
‑
150W。
[0026]进一步地，步骤S8中，制备所述上电极层和所述下电极层的沉积时间为10
‑
30分钟，电极厚度为80
‑
120nm。
[0027]进一步地，步骤S6中低维p型低维ZnO纳米线结构层的制作过程包括以下步骤:
[0028]S61、将六水硝酸锌Zn(NO3)2·
6H2O、九水合硝酸铝Al2(NO3)3·
9H2O溶质混合后添加硝酸铵NH4NO3得到溶液D；
[0029]S62、将氢氧化钠NaOH加入到溶液D中在量筒中搅拌溶解得到溶液E；
[0030]S63、将柠檬酸三钠C6H5O7Na3·
2H2O加入到上述溶液E中充分溶解后得到溶液F；
[0031]S64、将溶液F移动至反应釜中密封后放入电热恒温干燥箱中进行水热反应得到反应后的溶液G；
[0032]S65、将步骤S64得到的溶液G转移到培养皿中干燥处理得到Al
‑
N共掺ZnO的p型低维ZnO纳米线结构层。
[0033]更进一步地，在步骤S7中所述Ag纳米颗粒采用直流磁控溅射的方式制备，采用纯度为99.99％的Ag金属靶材，反应腔体真空度设为2
×
10
‑6至5
×
10
‑6Torr，衬底温度为100
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZnO紫外光电探测器，其特征在于：包括从下至上依次设置的ITO玻璃衬底(1)、n型低维ZnO纳米线结构层(3)、Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)、p型低维ZnO纳米线结构层(5)以及上电极层(7)；所述ITO玻璃衬底(1)上还设置有下电极层(2)；所述上电极层(7)与所述下电极层(2)电连接。2.根据权利要求1所述的一种ZnO紫外光电探测器，其特征在于：所述Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)的晶胞为Mg
x
Zn
16
‑
x
O
16
或Cd
x
Zn
16
‑
x
O
16
，其中x为0、1、2、3、4。3.根据权利要求1所述的一种ZnO紫外光电探测器，其特征在于：所述p型低维ZnO纳米线结构层(5)的侧壁上沉积有Ag纳米颗粒(6)。4.根据权利要求1所述的一种ZnO紫外光电探测器，其特征在于：所述上电极层(7)和所述下电极层(2)均采用Cr/Ni金属电极。5.一种ZnO紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、清洗ITO玻璃衬底(1)；依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水对ITO玻璃衬底(1)进行超声振荡清洗，使用氮气将清洗后的ITO玻璃衬底(1)吹干，并将ITO玻璃衬底(1)放置于无尘纸上；S2、制备低维n型低维ZnO纳米线结构层(3)；采用水热法制备n型低维ZnO纳米线结构层(3)；S3、将步骤S2中得到的n型低维ZnO纳米线结构层(3)转移到ITO玻璃衬底(1)上；S4、制备Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)；将上述带有n型低维ZnO纳米线结构层(3)的ITO玻璃衬底(1)放入磁控溅射真空腔中，采用直流
‑
射频共溅的磁控溅射方式制备Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)；S5、将制备好的Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)晶粒放入退火炉中以400
‑
500℃退火，高温区设置保温1
‑
2个小时；S6、制备p型低维ZnO纳米线结构层(5)；采用水热法制备p型低维ZnO纳米线结构层(5)，并将p型低维ZnO纳米线结构层(5)设置在步骤S5制备的Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)上方；S7、将带有步骤S7中制备好的p型低维ZnO纳米线结构层(5)的产品放置在磁控溅射真空腔内，采用直流磁控溅射方式将Ag纳米颗粒(6)沉积在所述p型低维ZnO纳米线结构层(5)的侧壁上；S8、在不打开真空腔的环境下，在带有Ag纳米颗粒(6)的产品上制备上电机层(7)和下电极层(2)，完成Mg或Cd掺ZnO薄膜层(4)作为中间层的ZnO紫外光电探测器的制备。6.根据权利要求5所述的一种ZnO紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述低维n型低维ZnO纳米线结构层(3)的制作过程包括以下步骤：S21、将六水硝酸锌Zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵艳芳，李鹏，包凯琦，庄光亮，封士锐，肖原彬，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：