專利名稱：基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光或氣體探測器，尤其是涉及一種基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的探測器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體傳感器是指采用半導(dǎo)體材料作為敏感元件的探測器件。其中，氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。當(dāng)半導(dǎo)體敏感材料接觸氣體時(shí)，通過測量半導(dǎo)體的電阻的變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于待檢測氣體的成分或濃度的檢測。氣敏傳感器主要應(yīng)用于易燃、易爆、有毒等有害氣體的監(jiān)測、預(yù)報(bào)和自動(dòng)控制。半導(dǎo)體光探測器是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)來接收和探測光信號(hào)的器件。與半導(dǎo)體氣敏傳感器類似，當(dāng)半導(dǎo)體敏感材料受到光照輻射時(shí)，通過測量半導(dǎo)體的電阻的變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待檢測光的波長或強(qiáng)度的檢測。半導(dǎo)體光探測器可廣泛用于光通信、信號(hào)處理、傳感系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。傳統(tǒng)的探測器中作為敏感元件的無機(jī)半導(dǎo)體多采用多晶或非晶薄膜以及多晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)都有其顯著的缺點(diǎn)，薄膜型無機(jī)半導(dǎo)體敏感元件比表面積較小，而多晶網(wǎng)絡(luò)型無機(jī)半導(dǎo)體敏感元件雖然比表面積較大，但存在較多的缺陷。這些原因?qū)е掳雽?dǎo)體傳感器的分辨率偏低且響應(yīng)時(shí)間較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光和氣體探測器，以具有高靈敏度、快速響應(yīng)特性。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器，所述的探測器包括敏感元件層、源電極和漏電極，所述敏感元件層由無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。上述技術(shù)方案中，所述的無機(jī)半導(dǎo)體選自S1、Ge、SiC、AlP、AlAs、AlSb、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe, SnTe, PbS、PbSe、PbTe、AsS、AsSe、AsTe、SbS、SbSe、SbTe, ZnO, CdO, TiO2, SnO、Cu2O,NiO、CoO、FeO、Cr2O3,或者其中任意組合的半導(dǎo)體的固溶體。上述技術(shù)方案中，所述的探測器的探敏感元件層為完整的無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而不是多個(gè)無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)的混合物。上述技術(shù)方案中，所述的源、漏電極的材質(zhì)是金、銀、銅、PED0T:PSS聚合物材料中的一種。本發(fā)明的無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法可以是但不僅限于無機(jī)單晶半導(dǎo)體片的選擇性腐蝕、無機(jī)半導(dǎo)體顆粒的自組裝以及無機(jī)半導(dǎo)體的單晶前軀體的進(jìn)一步化學(xué)
處理等。根據(jù)所用的無機(jī)半導(dǎo)體材料的不同，制備的光探測器所探測光的波長范圍為100 lOOOOOnm。根據(jù)所用的無機(jī)半導(dǎo)體材料的不同，制備的氣體探測器所探測的氣體包括氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、硫化氫、氯化氫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣以及水、甲醇、乙醇、丙酮、甲醛、乙醛、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和乙醚等蒸汽。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的敏感元件層采用單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以保證作為探測層的半導(dǎo)體材料擁有巨大的比表面積，增大了其與光或氣體的作用位點(diǎn)；同時(shí)，單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠顯著降低缺陷的數(shù)量，提高電子的輸運(yùn)特性；因此，本發(fā)明可以顯著提高探測器的靈敏度，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的Zna5Pba5Se單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)納米帶的透射電子顯微鏡照片及其選區(qū)電子衍射照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的Zna5Pba5Se單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)納米帶的選區(qū)電子衍射照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的基于單根Zna5Pba5Se單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)納米帶的光探測器的1-V特性曲線。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的ZnS多孔單晶微米片的透射電子顯微鏡照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的ZnS多孔單晶微米片的選區(qū)電子衍射照片。圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的基于ZnS多孔單晶微米片的乙醇?xì)饷魝鞲衅髟诓煌瑵舛纫掖贾许憫?yīng)-恢復(fù)曲線。圖7為本發(fā)明實(shí)施例3的Si多孔單晶片的掃描電子顯微鏡照片。圖8為本發(fā)明實(shí)施例3的基于Si多孔單晶片的一氧化氮?dú)饷魝鞲衅髟诓煌瑵舛纫谎趸许憫?yīng)-恢復(fù)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例1 :
步驟一，分別將 0. 3mmol ZnSO4 · 7H20 和 0. 3mmol Na2SeO3 溶于 16 mL 去離子水、14 mL二乙烯三胺和5 mL水合肼的混合溶液中。磁力攪拌30min后轉(zhuǎn)移至容積為50 mL的反應(yīng)釜中，密封后置于180°C烘箱中反應(yīng)12h。自然冷卻后將反應(yīng)產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌三次并60°C真空干燥。步驟二,取0. 2mmol上述產(chǎn)物重新分散于35 mL去離子水中，并加入0.1mmol PbCl2攪拌IOmin后轉(zhuǎn)移至容積為50 mL反應(yīng)釜中，密封后置于160°C烘箱中反應(yīng)6h。自然冷卻后將反應(yīng)產(chǎn)物分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌三次得到圖1所示的Zna5Pba5Se網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)納米帶。由圖2可以看出該納米帶為單晶結(jié)構(gòu)。步驟三，將Zntl 5Pbtl 5Se網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)納米帶的乙醇溶液均勻分散于表層被氧化為SiO2的硅片上，挑選單根納米帶利用聚焦離子束在納米帶兩端蒸鍍Au電極完成單根光探測器的制備。步驟四，對(duì)上述光探測器進(jìn)行光電特性測試，結(jié)果示于圖3?？梢姳緦?shí)施例所制備的光探測器具有好的靈敏性，及較好的重復(fù)性。實(shí)施例2
步驟一，將2. 5mL1-己醇和O. 91 g十六烷基三甲基溴化銨溶于25. OmL正十二烷。然后再向上述溶液加入ImL濃度為2mol/L的Zn (AC) 2的氨水溶液，并劇烈攪拌直至溶液澄清形成反微乳。步驟二，取50 μ L CS2溶于2mL正十二烷溶液，超聲分散后用注射器逐滴加入至上述反微乳體系。繼續(xù)攪拌約2h直至溶液變?yōu)槿榘咨砻饕呀?jīng)生成ZnS納米顆粒。步驟三，向上述乳白色溶液中加入12mL 二甘醇進(jìn)行破乳，然后靜置3天。此過程中ZnS納米顆粒在正十二烷和二甘醇界面通過取向搭接自組裝形成如圖4-5所示的多孔單晶微米片。步驟四，將ZnS多孔單晶微米片撈出并用乙醇沖洗數(shù)次后通過打印PED0T:PSS聚合物的方法制備源電極和漏電極。步驟五，對(duì)上述傳感器進(jìn)行乙醇?xì)饷粜詸z測，結(jié)果示于圖6?？梢姳緦?shí)施例所制備的氣敏傳感器具有優(yōu)良的靈敏性和快速響應(yīng)的能力。實(shí)施例3
步驟一，取單晶硅片分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲40分鐘，然后用N2氣吹干，并放置于100°C真空烘箱中。步驟二，將硝酸和氫氟酸按摩爾比4:6混合并用蒸餾水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的稀酸溶液配置成墨水。 步驟三，將所述墨水注入到墨水盒中，采用常規(guī)噴墨打印技術(shù)按預(yù)定圖形對(duì)清洗干燥后的單晶硅片進(jìn)行刻蝕，然后用蒸餾水清洗數(shù)次得到如圖7所示的Si多孔單晶片。步驟四，對(duì)上述Si多孔單晶片通過熱蒸發(fā)的方法制備一層金構(gòu)成源電極和漏電極。步驟五，對(duì)上述傳感器進(jìn)行氧氣的氣敏性檢測，結(jié)果示于圖8?？梢姳緦?shí)施例所制備的氣敏傳感器具有優(yōu)良的靈敏性和快速響應(yīng)的能力。
權(quán)利要求
1.一種基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器，所述的探測器包括:敏感元件層、源電極和漏電極，其特征在于所述敏感元件層由無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器，其特征在于所述的無機(jī)半導(dǎo)體選自 S1、Ge、SiC, A1P、AlAs, AlSb, GaP、GaAs, GaSb, InP、InAs,InSb、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe, PbTe, AsS、AsSe、AsTe、SbS、SbSe、SbTe, ZnO, CdO, TiO2, SnO、Cu2O, NiO、CoO、FeO、Cr2O3，或者其中任意組合的半導(dǎo)體的固溶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器，其特征在于所述的探測器的探敏感元件層為完整的無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器，其特征在于所述的源、漏電極的材質(zhì)是金、銀、銅、PEDOT: PSS聚合物材料中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光或氣體探測器，所述的探測器包括敏感元件層、源電極和漏電極，其特征在于所述敏感元件層由無機(jī)半導(dǎo)體單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。和傳統(tǒng)的探測器中采用的薄膜或多晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的敏感元件相比，單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以保證作為探測層的半導(dǎo)體材料擁有巨大的比表面積，增大了其與光或氣體作用位點(diǎn)；同時(shí)單晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠顯著降低缺陷的數(shù)量，提高電子的輸運(yùn)特性。因此，利用本方法可以顯著提高探測器的靈敏度，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測效率。
文檔編號(hào)G01J1/42GK103048043SQ20121055113
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者張孟, 李豐, 潘革波, 馬慧軍 申請(qǐng)人:蘇州錦富新材料股份有限公司, 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所