專利名稱：n型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器及制備方法。
背景技術(shù)：
紫外探測(cè)器廣泛應(yīng)用于天文學(xué)、燃燒工程、水凈化處理、火焰探測(cè)、生物效應(yīng)、天際通信及環(huán)境污染檢測(cè)等。硫化鋅ZnS是最重要的II-VI族直接帶隙半導(dǎo)體之一，禁帶寬度為3. 7eV，具有壓電、紅外透明及良好的發(fā)光性能，一直是受到廣泛研究的材料，在電子顯示器件、紫外探測(cè)器、太陽能電池、紅外窗口及激光和催化等眾多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。由于ZnS禁帶寬度在紫外范圍內(nèi)，是制作紫外探測(cè)器件的理想材料之一。與傳統(tǒng)ZnS薄膜和體材料相比，ZnS納米材料具有高晶體質(zhì)量、小尺寸、大比表面積、高量子效率以及量子尺寸效應(yīng)等優(yōu)良特性，可應(yīng)用于構(gòu)筑高性能的納米紫外探測(cè)器。當(dāng)前對(duì)于SiS的研究和報(bào)道主要集中于各種納米結(jié)構(gòu)的合成以及研究硫化鋅材料的形成機(jī)制，而對(duì)一維ZnS納米的在電輸運(yùn)特性和光電應(yīng)用中研究較少。關(guān)于ZnS準(zhǔn)一維納米材料UV探測(cè)研究并不多， 已檢索到的相關(guān)報(bào)道有Fang等研究了本征ZnS納米帶光電導(dǎo)型UV探測(cè)器[X. S. Fang, Y. S. Bando, Μ. Y. Liao, U. K. Gautam, C. Y. Zhi, B. Dierre, B. D. Liu, Τ. Y. Zhai, Τ. Sekiguchi, Y. Koide, D. Golberg, Adv. Mater. 2009,21,2034. Χ. S. Fang, Y. Bando, Μ. Y. Liao, Τ. Y. Zhai, U. K. Gautam, L. Li, Y. Koide, D. Golberg, Adv. Funct. Mater. 2010，20，500.]，但此類 UV 探測(cè)器的低響應(yīng)速度和小響應(yīng)度，使其難以真正得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器及制備方法，以期能夠?qū)崿F(xiàn)波長(zhǎng)小于335nm的紫外探測(cè)，響應(yīng)度高達(dá)IO6AW-1，且能夠制備成全透明紫外探測(cè)器。本發(fā)明通過如下方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是所述紫外探測(cè)器自上而下依次由叉指電極，η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜和絕緣襯底迭置而成。本發(fā)明η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述叉指電極為ITO電極或AZO電極。所述叉指電極的寬度為ΙΟμπι-ΙΟΟμπι，厚度為50nm-200nm，叉指電極相鄰電極之間的間距為5μ -100μπ 。所述η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜中的η型摻雜ZnS是指Cl、Al、fei或h摻雜 ais。
所述絕緣襯底為石英玻璃、或?yàn)楸砻骈L(zhǎng)有氧化硅的硅片、或?yàn)楸砻驽冇械璧耐奁?。本發(fā)明η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制備方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行a、用酒精或丙酮揮發(fā)性溶劑為分散液，將η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米材料加入分散液中，超聲震蕩使η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米材料均勻懸浮在分散液中；b、將含有η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米材料的分散液旋涂在絕緣襯底上，經(jīng)揮發(fā)形成 ZnS納米結(jié)構(gòu)薄膜；C、利用光刻方法在涂有ZnS納米結(jié)構(gòu)薄膜的襯底上光刻出叉指電極的圖形；d、通過磁控濺射或脈沖激光沉積方法在叉指電極的圖形上制備形成叉指電極。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明紫外探測(cè)器以η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜為紫外敏感層，只對(duì)小于335nm波長(zhǎng)光敏感，也就是說本發(fā)明探測(cè)器只對(duì)紫外光有響應(yīng)，對(duì)可見光沒有響應(yīng)，因而消除了因可見光的存在，并且難于進(jìn)行分辨而對(duì)紫外探測(cè)造成的影響；2、本發(fā)明利用AZO或ITO透明叉指電極和納米結(jié)構(gòu)薄膜更增強(qiáng)了受光面積，提高了紫外光響應(yīng)度，同時(shí)使用ZnS做為光敏材料，環(huán)保可靠。3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，成本低，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為η型摻雜SiS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1中Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器光譜響應(yīng)曲線；圖3為實(shí)施例1中Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的響應(yīng)回復(fù)曲線；圖4為實(shí)施例1中Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的不同頻率下增益曲線；圖5為實(shí)施例2中( 摻雜ZnS納米帶薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的響應(yīng)回復(fù)曲線；圖6為實(shí)施例3中Al摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的響應(yīng)回復(fù)曲線；圖7為實(shí)施例4中h摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的響應(yīng)回復(fù)曲線；
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例中η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器自上而下依次由叉指電極1、η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜2和絕緣襯底3迭置而成。 叉指電極1的寬度為ΙΟμπι-ΙΟΟμπι、厚度為50nm-200nm，叉指電極1相鄰電極之間的間距 ^ 5 μ m-100 μ m。實(shí)施例1Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制備方法及步驟如下1、將表面長(zhǎng)有厚度為300nm氧化硅的硅片超聲清洗干凈后，用酒精作為分散液， 將化學(xué)氣相法合成的摻雜濃度為2. 6X IO16CnT3的Cl摻雜SiS納米線，加入分散液，超聲震蕩使納米線均勻懸浮在分散液中。2、將含有ZnS納米帶的分散液旋涂在干凈的長(zhǎng)有氧化硅的硅片上，經(jīng)揮發(fā)形成ZnS納米帶薄膜。3、在涂有ZnS納米線薄膜的硅片上旋涂光刻膠，光刻出叉指電極2圖形，叉指電極相鄰電極間距為5 μ m,寬度為10 μ m。4、通過磁控濺射法在光刻的叉指電極的圖形上制備出一層AZO電極，厚度為 50nmo5、以150W氙燈為光源，利用Omni- λ 300單色儀把100 μ ff/cm2單色光聚焦在Cl摻雜ZnS納米線薄膜上，利用KEITHLEY 4200-SCS測(cè)量不同波長(zhǎng)光照下一對(duì)叉指電極間的伏安特性，并對(duì)其歸一化后得其光譜響應(yīng)曲線，如圖2所示，從中可以看出ZnS納米線薄膜只對(duì)波長(zhǎng)小于335nm的光具有較高的敏感性。6、采用IV的電壓，100 μ W/cm2320nm的光測(cè)試Cl摻雜SiS納米線響應(yīng)回復(fù)曲線， 如圖3所示，計(jì)算的響應(yīng)度為L(zhǎng)OXlOlW—1。圖4為上述光強(qiáng)下不同脈沖光頻率下所獲得相對(duì)增益曲線，發(fā)現(xiàn)脈沖光頻率在IOOHz下也能獲得較大增益。實(shí)施例2Ga摻雜ZnS納米帶薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制備方法及步驟如下1、將石英玻璃超聲清洗干凈后，用丙酮作為分散液，將化學(xué)氣相合成的摻雜濃度為1. 5 X IO17Cm-3的( 摻雜SiS納米帶加入分散液，超聲震蕩使納米帶均勻懸浮在分散液中。2、將含有ZnS納米帶的分散液旋涂干凈石英玻璃上，經(jīng)揮發(fā)形成ZnS納米帶薄膜；3、在涂有ZnS納米帶薄膜的石英玻璃上旋涂光刻膠，光刻出叉指電極圖形，叉指電極相鄰電極間距為 ο μ m,寬度為100 μ m ；4、通過脈沖激光沉積法在光刻的電極上制備出一層ITO電極，厚度為200nm ；5、采用IV的電壓，100 μ ff/cm2320nm的光測(cè)試( 摻雜SiS納米帶響應(yīng)回復(fù)曲線， 如圖5所示，計(jì)算的響應(yīng)度為1. OXlO6AWA實(shí)施例3Al摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制備方法及步驟如下1、將表面鍍有厚度為50nm氮化硅的硅片超聲清洗干凈后，用酒精作為分散液，將化學(xué)氣相合成的摻雜濃度為3. 8 X IO17Cm-3的Al摻雜ZnS納米線加入分散液，超聲震蕩使納米線均勻懸浮在分散液中；2、將含有ZnS納米線的分散液旋涂在干凈鍍有氮化硅的硅片上，經(jīng)揮發(fā)形成ZnS 納米線薄膜；3、在涂有ZnS納米線薄膜的硅片上旋涂光刻膠，光刻出叉指電極圖形，叉指電極相鄰電極間距為50 μ m,寬度為50 μ m ；4、通過脈沖激光沉積法在光刻的電極上制備出一層AZO電極，厚度為IOOnm ；5、采用IV的電壓，100 μ ff/cm2320nm的光測(cè)試了 Al摻雜ZnS納米線響應(yīng)回復(fù)曲線， 如圖6所示，計(jì)算的響應(yīng)度為2. OXlO5AWA實(shí)施例4In摻雜ZnS納米線薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制備方法及步驟如下1、將石英玻璃超聲清洗干凈后，用丙酮作為分散液，將化學(xué)氣相合成的摻雜濃度為5 X IO17CnT3的h摻雜SiS納米線加入分散液，超聲震蕩使納米線均勻懸浮在分散液中；2、將含有ZnS納米線的分散液旋涂干凈石英玻璃上，經(jīng)揮發(fā)形成ZnS納米帶薄膜；3、在涂有ZnS納米線薄膜的石英玻璃上旋涂光刻膠，光刻出叉指電極圖形，叉指電極間距為20 μ m,寬度為50 μ m ；4、通過射頻磁控濺射方法在光刻的電極上制備出一層AZO電極，厚度為IOOnm ；5、采用IV的電壓，100μΙ/αιι2320ηπι的光測(cè)試了 h摻雜SiS納米帶響應(yīng)回復(fù)曲線， 如圖7所示，計(jì)算的響應(yīng)度為2. OXlO6AWA
權(quán)利要求
1.一種η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器，其特征是所述紫外探測(cè)器自上而下依次由叉指電極(1)，η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜(2)和絕緣襯底(3) 迭置而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器，其特征是所述叉指電極⑴為ITO電極或AZO電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器，其特征所述叉指電極(1)的寬度為10μπι-100μπι，厚度為50nm-200nm，叉指電極⑴相鄰電極之間的間距為5 μ m-100 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器，其特征是所述η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜O)中的η型摻雜ZnS是指Cl、Al、fei或h 摻雜SiS。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器，其特征是所述絕緣襯底C3)為石英玻璃、或?yàn)楸砻骈L(zhǎng)有氧化硅的硅片、或?yàn)楸砻驽冇械璧墓杵?br> 6.一種權(quán)利要求1所述的η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行a、用酒精或丙酮揮發(fā)性溶劑為分散液，將η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米材料加入分散液中， 超聲震蕩使η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米材料均勻懸浮在分散液中；b、將含有η型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米材料的分散液旋涂在絕緣襯底C3)上，經(jīng)揮發(fā)形成 ZnS納米結(jié)構(gòu)薄膜O)；c、利用光刻方法在涂有ZnS納米結(jié)構(gòu)薄膜⑵的襯底上光刻出叉指電極⑴的圖形；d、通過磁控濺射或脈沖激光沉積方法在叉指電極(1)的圖形上制備形成叉指電極⑴。
全文摘要
本發(fā)明公開了n型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器及制備方法，其特征是紫外探測(cè)器自上而下依次由叉指電極，n型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜和絕緣襯底迭置而成。本發(fā)明紫外探測(cè)器以n型摻雜ZnS準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜為紫外敏感層，使其只對(duì)小于335nm波長(zhǎng)光敏感，利用透明叉指電極和納米結(jié)構(gòu)薄膜增強(qiáng)了受光面積，提高了紫外光響應(yīng)度，同時(shí)使用ZnS做為光敏材料，環(huán)?？煽?。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，成本低，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102280515SQ20111017623
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者于永強(qiáng), 揭建勝, 朱志峰, 江鵬, 蔣陽 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)