一種CdS量子點(diǎn)光電探測單元的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于納米材料構(gòu)建光電探測單元的制備方法，具體是指一種CdS量子點(diǎn)光電探測單元的制備方法。本發(fā)明是通過微納米加工技術(shù)，先在硅(Si)襯底表面制備Au電極，然后采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)，室溫下于電極之間生長CdS量子點(diǎn)，最后對(duì)構(gòu)建的CdS量子點(diǎn)光電探測單元進(jìn)行光電性能測試。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：工藝可控性強(qiáng)，操作簡單，普適性好。
【專利說明】一種CdS量子點(diǎn)光電探測單元的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于納米材料構(gòu)建光電探測單元的制備方法，具體是指一種CdS量子點(diǎn)光電探測單元的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]CdS是一種直接帶隙半導(dǎo)體(帶寬2.4eV)，已被廣泛應(yīng)用于各種光電器件的制備。而CdS量子點(diǎn)由于尺寸小，比表面大，量子尺寸效應(yīng)顯著，這使得納米體系的光，熱，電等物理特性與常規(guī)的材料不同，出現(xiàn)許多新奇特性。研究表明，CdS量子點(diǎn)在太陽能電池，納米激光器以及納米光導(dǎo)器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外許多課題組己經(jīng)在開展納米CdS光電探測單元的研究工作，這方面的研究主要分為兩種:一種是基于CdS納米線光電探測單元的研究；一種是基于納米CdS薄膜光電探測單元的研究?；贑dS納米線的研究已經(jīng)有了較多的報(bào)道，并且這種方法制備光電探測單元器件比較復(fù)雜，測得的光電流普遍不高。CdS薄膜光電探測單元制備工藝簡單，然而在器件性能穩(wěn)定性上，加工工藝重復(fù)性較差，大多數(shù)器件在多次測量之后，光電響應(yīng)特性退化甚至消失，有待進(jìn)一步加強(qiáng)性能的穩(wěn)定性。與上述兩種納米CdS光電探測單元相比，CdS量子點(diǎn)光電探測單元不僅具有成本低，制備工藝簡單，可恢復(fù)性等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且可以通過對(duì)光電探測單元的測試研究CdS量子點(diǎn)的電學(xué)及光學(xué)傳輸機(jī)理，這對(duì)進(jìn)一步研發(fā)新型光電器件具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可控性強(qiáng)，效率高、普適性好的制備CdS量子點(diǎn)光電探測單元的工藝。
[0004]本發(fā)明的制備CdS量子點(diǎn)光電探測單元的方法，采用微納米加工技術(shù)，步驟如下:
[0005]I)硅襯底預(yù)處理:對(duì)鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗5?20分鐘，并自然晾干。
[0006]2)器件電極的制備:采用紫外光刻技術(shù)及薄膜沉積技術(shù)在硅襯底表面制備器件的源電極和漏電極，源、漏電極采用Au作為電極材料，電極間隔為20微米，Au電極厚度均為70?100納米。
[0007]3)在源、漏電極之間生長CdS量子點(diǎn):采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)，室溫下于電極之間生長CdS量子點(diǎn),循環(huán)生長次數(shù)為5?10次。
[0008]4)對(duì)構(gòu)建的CdS量子點(diǎn)光電探測單元進(jìn)行光電性能測試:引銅線到源、漏電極，并將源極接地，源、漏電極之間加電壓0.5?3伏特，分別將器件置于黑暗狀態(tài)、可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試，發(fā)現(xiàn)它的光照電流與暗電流差別較大，表明了該CdS量子點(diǎn)光電探測單元具有較高的光電靈敏度和響應(yīng)度。
[0009]作為優(yōu)選，上述制備方法步驟(I)中用丙酮超聲清洗硅襯底15分鐘
[0010]作為優(yōu)選，上述制備方法步驟⑵中Au電極厚度為80納米。
[0011]作為優(yōu)選，上述制備方法步驟(3)中循環(huán)生長次數(shù)為6次。[0012]作為優(yōu)選，上述制備方法步驟(4)中源、漏電極之間加電壓1.5伏特效果最好。
[0013]作為優(yōu)選，上述制備方法的步驟(3)中連續(xù)離子層吸附法于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(N03)2(陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。
[0014]有益效果:本發(fā)明制備過程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備；本發(fā)明制備過程中，所制備的CdS量子點(diǎn)具有優(yōu)良的熒光特性；本發(fā)明采用微納米加工技術(shù)制備CdS量子點(diǎn)光電探測單元，工藝可控性強(qiáng)，操作簡單，且重復(fù)測試具有可恢復(fù)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是用本發(fā)明方法制得的Au電極掃描電鏡(SEM)照片。
[0016]圖2是用本發(fā)明方法制得的CdS量子點(diǎn)的X射線衍射(XRD)譜圖。
[0017]圖3是用本發(fā)明方法制得的CdS量子點(diǎn)的熒光光譜圖。
[0018]圖4是用本發(fā)明方法制得的CdS量子點(diǎn)紫外探測單元器件示意圖。
[0019]圖5是用本發(fā)明方法測得的源漏電壓為1.5V且不同光照時(shí)CdS量子點(diǎn)光電探測單元的V-1曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為15秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極，由圖1中Au電極掃描電鏡(SEM)照片可看到電極間距為25微米。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行6次，得到CdS量子點(diǎn)，由圖2CdS量子點(diǎn)的X射線衍射(XRD)譜圖看出CdS量子點(diǎn)為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，從圖3CdS量子點(diǎn)的熒光光譜圖看出CdS量子點(diǎn)熒光性良好。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓1.5V，黑暗狀態(tài)時(shí)CdS量子點(diǎn)光電探測單元的V-1特性曲線如圖4所示。將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試，由圖5看出CdS量子點(diǎn)的光照電流與暗電流差別較大，具有較高的光電靈敏度和響應(yīng)度。
[0023]實(shí)施例2
[0024]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗10分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為15秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行6次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓1.5V，器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1相同。
[0025]實(shí)施例3
[0026]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為20秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行6次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓1.5V，將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1相同。
[0027]實(shí)施例4
[0028]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為15秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為9分鐘，厚度為90納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行6次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓1.5V，將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1類似。
[0029]實(shí)施例5
[0030]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為20秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行7次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓1.5V，將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1有相似之處
[0031]實(shí)施例6
[0032]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為15秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行8次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓1.5V，將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1相同。
[0033]實(shí)施例7
[0034]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為15秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行6次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓2.5V，將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1有相似之處
[0035]實(shí)施例8
[0036]先將鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并自然晾干。然后在硅襯底表面旋涂負(fù)性光刻膠，經(jīng)過紫外曝光、后烘、顯影及定影過程在硅襯底表面形成電極圖形，其中曝光時(shí)間為15秒，顯影時(shí)間為40秒。之后利用磁控濺射儀將已有電極圖形的硅基底鍍Au，時(shí)間為8分鐘，厚度為80納米，將鍍Au的樣品用丙酮超聲清洗，即得到以下實(shí)驗(yàn)所需的Au電極，作為光電探測單元的源電極和漏電極。接下來在生長CdS量子點(diǎn)之前將Au電極進(jìn)行預(yù)處理，使電極只露出中間部分，接著采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd(NO3)2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。將這四個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行6次，得到CdS量子點(diǎn)。最后待樣品自然晾干后進(jìn)行測試，即在源電極和漏電極兩端加電壓IV，將器件置于可見光和365納米波長紫外光下進(jìn)行V-1測試。CdS量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，成分和熒光性以及光電探測單元的測試結(jié)果均與實(shí)施例1相同。
【權(quán)利要求】
1.一種CdS量子點(diǎn)光電探測單元的制備方法，其特征在于包括下述步驟: 1)硅襯底預(yù)處理:對(duì)鍍有SiO2絕緣薄膜的P型(100)硅片，用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗5?20分鐘，并自然晾干； 2)器件電極的制備:采用紫外光刻技術(shù)及薄膜沉積技術(shù)在硅襯底表面制備器件的源電極和漏電極，源電極、漏電極采用Au作為電極材料，電極間隔為20微米，Au電極厚度均為70?100納米； 3)在源、漏電極之間生長CdS量子點(diǎn):采用連續(xù)離子層吸附法，室溫下于電極之間生長CdS量子點(diǎn)，循環(huán)生長次數(shù)為5?10次，制備所得CdS量子點(diǎn)光電探測單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(I)中用丙酮超聲清洗硅襯底15分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中Au電極厚度為80納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中循環(huán)生長次數(shù)為6次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中連續(xù)離子層吸附法于室溫在電極中間生長CdS量子點(diǎn)，先配制濃度均為0.5mol/L的Cd (NO3) 2 (陽離子前驅(qū)體)和Na2S(陰離子前驅(qū)體)前驅(qū)體溶液，然后依次進(jìn)行的四個(gè)步驟為:1)將樣品浸入Cd(NO3)2前驅(qū)體溶液中進(jìn)行表面吸附；2)將樣品浸入去離子水中清洗；3)將樣品浸入Na2S前驅(qū)體溶液中反應(yīng)；4)將樣品浸入去離子水中清洗。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103972330SQ201410223653
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】李培剛, 邢云, 朱志艷, 宋佳, 汪鵬超, 王順利 申請人:浙江理工大學(xué)