本發(fā)明涉及紫外光敏傳感器領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種制備紫外光敏傳感器的方法及制備得到的紫外光敏傳感器。

背景技術(shù)：

氧化鋅材料具有3.37eV的禁帶寬度，材料電阻只對180nm-365nm波長的紫外光具有響應，對可見光和紅外光沒有響應，具有很好的“日盲性”。用純氧化鋅材料制造的紫外光敏傳感器能很好的避免紫外光波段以外的其它波段光線的干擾，從而有效避免誤報警的出現(xiàn)。

現(xiàn)有的日盲型紫外光器件是GaN類和冷陰極管類紫外光敏傳感器。GaN類器件主要以GaN為光敏材料，這類器件以成本高昂的GaN作為襯底，同時由于工藝技術(shù)的問題，GaN無法形成大面的光敏材料，也限制了該類紫外光器件的受光面積；冷陰極管類產(chǎn)品需要在高電壓(220V以上)下才能進行工作，使其工作受到了極大的限制。

而將氧化鋅制作在硅類襯底上紫外光敏傳感器，雖然具有較好的光響應，但是因為硅本身對光響應，會造成器件對紫外波段以外的其它光響應，產(chǎn)生誤報；將氧化鋅通過濺射等工藝制作在絕緣襯底上紫外光敏傳感器由于其響應速度極慢，因此無法滿足紫外光敏傳感器的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種制備紫外光敏傳感器的方法及制備得到的紫外光敏傳感器。與現(xiàn)有的紫外光敏傳感器不同，通過本發(fā)明的方法制備得到的紫外光敏傳感器不僅制備工藝簡單，而且由于省去了襯底，采用氧化鋅制作紫外光敏傳感器，使得紫外光敏傳感器具有很好的日盲性，有效地避免了紫外光波段以外的其它波段的光對紫外光敏傳感 器產(chǎn)生影響，并且由于制作工藝簡單、省去了襯底，使得紫外光敏傳感器的制作成本得到了極大的降低。

一方面，本發(fā)明提供了一種制備紫外光敏傳感器的方法，該方法包括：

(1)造粒：使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液混合，得到氧化鋅顆粒；

(2)高壓成型：對步驟(1)得到的氧化鋅顆粒進行高壓成型，從而形成坯體；

(3)熱處理排膠：對步驟(2)形成的坯體進行熱處理，從而形成單一氧化鋅塊體；

(4)印刷電極：在步驟(3)得到的氧化鋅塊體表面形成至少兩個電極。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(1)中，粘結(jié)劑溶液與氧化鋅粉體的質(zhì)量比為1:10-30。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(1)中，先將粘結(jié)劑溶解于溶劑中形成粘結(jié)劑溶液，再使氧化鋅粉體與該粘結(jié)劑溶液混合。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(2)中，高壓成型所采用的壓力大于或者等于90kg/cm²，高壓成型保持的時間是5min-10min。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(1)中，粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮時，采用的溶劑是無水乙醇、乙二醇中的一種或多種；或者，

粘結(jié)劑是聚乙烯醇或明膠時，采用的溶劑是去離子水。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(1)中，粘結(jié)劑溶液的濃度是0.02-0.2g/ml。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(1)中，在氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液混合后，通過球磨或者研磨的方法進行造粒，并通過粒度篩選得到氧化鋅顆粒。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(1)中，粒度篩選后得到的所述氧化鋅顆粒的粒徑范圍是100-500um。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(3)中，熱處理的溫度是300-900℃；熱處理的時間是30-120min。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(4)中，至少兩個電極的間距是0.5-1.5mm。

前述的制備紫外光敏傳感器的方法，步驟(4)中，通過絲網(wǎng)印刷工藝在氧化鋅塊體表面形成至少兩個電極。

另一方面，本發(fā)明還提供了由上述方法制備得到的紫外光敏傳感器。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案，至少具有如下有益效果：與現(xiàn)有的紫外光敏傳感器相比，本發(fā)明以氧化鋅作為紫外光敏傳感器的光敏材料，省去了襯底，因此，本發(fā)明的紫外光敏傳感器具有很好的日盲性，可以有效避免紫外光波段以外的其它波段的光對該紫外光敏傳感器的干擾。與現(xiàn)有的紫外光敏傳感器相比，本發(fā)明的紫外光敏傳感器由于制作工藝簡單、省去了襯底，使紫外光敏傳感器的制作成本得到了極大的降低。此外，通過將氧化鋅換成其它材料，本發(fā)明的技術(shù)方案也可以擴展到諸如氣敏、壓敏、光敏傳感器的應用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖；

圖2是高壓成型和熱處理排膠的工藝示意圖；

圖3是本發(fā)明的方法制備的紫外光敏傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的方法制備的帶有導電管腳的紫外光敏傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的方法制備的紫外光敏傳感器的紫外響應效果；

圖6是本發(fā)明的方法制備的紫外光敏傳感器的初始紫外響應結(jié)果；

圖7是本發(fā)明的方法制備的紫外光敏傳感器的紫外響應耐久測試。

具體實施方式

為充分了解本發(fā)明的目的、特征及功效，借由下述具體的實施方式，對本發(fā)明做詳細說明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。

現(xiàn)有技術(shù)中以氧化鋅為基礎(chǔ)的紫外光敏傳感器，通常制作在硅類或者玻璃等絕緣襯底上，但是，因為硅類襯底本身對可見光的響應，而使在硅類襯底上的氧化鋅無法實現(xiàn)氧化鋅材料寬禁帶的優(yōu)勢，無法制作日盲型紫外光敏傳感器；而在玻璃等絕緣襯底上的氧化鋅的響應速度很慢，無法達到紫外光敏傳感器的要求。

本發(fā)明提出省去現(xiàn)有的硅類或者絕緣襯底，通過氧化鋅粉體成型的方法來制作氧化鋅紫外光敏傳感器，從而解決現(xiàn)有的帶有硅類或者絕緣襯底的氧化鋅紫外光敏傳感器所存在的問題。本發(fā)明的紫外光敏傳感器以氧化鋅粉體作為原料，首先，通過向氧化鋅粉體中添加一定量的粘結(jié)劑溶液，充分加壓研磨，得到氧化鋅顆粒；然后，對前述氧化鋅顆粒加壓，形成氧化鋅坯體；之后，在一定溫度下，對前述的氧化鋅坯體進行熱處理以排出粘結(jié)劑溶液，促進氧化鋅顆粒之間的結(jié)合力，從而形成氧化鋅塊體；最后，在氧化鋅塊體的表面形成電極，從而最終形成了氧化鋅紫外光敏傳感器。采用本發(fā)明的方法所制備的紫外光敏傳感器由于以寬禁帶的氧化鋅材料為主體，因此僅對紫外光波段產(chǎn)生響應，避免了紫外光波段以外的其它光對器件的影響，并且由于制備工藝簡單、省去了硅類或者絕緣襯底，還大大降低了紫外光敏傳感器的制作成本。

一方面，本發(fā)明提供了一種制備紫外光敏傳感器的方法，下面結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明的方法進行詳細說明，該方法包括如下步驟：

(1)造粒

使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液混合，通過球磨、研磨等方法進行造粒，并通過粒度篩選來形成具有一定粒徑(粒徑范圍是100-500um)的氧化鋅顆粒21。造粒的目的是使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液均勻混合，以便增強塊體成型階段的顆粒結(jié)合力，從而有效地形成具有一定強度的坯體。

粘結(jié)劑的類型、含量及分散均勻性會影響到紫外光敏傳感器對紫外光的響應效果。本發(fā)明的制備方法所采用的粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或明膠。其中，當所采用的粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)時，其溶劑應當采用無水乙醇、乙二醇中的一種或多種；當所采用的粘結(jié)劑是聚乙烯醇(PVA)或明膠時，其溶劑應當采用去離子水。具體地，在造粒時，先使粘結(jié)劑溶于溶劑中(優(yōu)選地，PVP溶于無水乙醇)形成粘結(jié)劑溶液，然后使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液混合。粘結(jié)劑溶液的濃度通常是0.02-0.2g/ml，優(yōu)選是0.025g/ml。

(2)高壓成型

造粒后，進行高壓成型。高壓成型的目的是將造粒后的氧化鋅顆粒21塑形成所需的形狀。具體地，通過等靜壓、熱注塑等高壓成型方法在一定模具內(nèi) 對氧化鋅顆粒加壓以形成相應的形狀。

其中，模具的形狀可以為長方體、正方體、圓柱體等形狀，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設計的紫外光敏傳感器的形狀來選擇模具的形狀，此處不做限定，圖2示出了圓柱體形狀的模具22。

高壓成型的壓力大小以及壓力均一性會影響紫外光敏傳感器對紫外光的響應效果。優(yōu)選地，高壓成型所采用的壓力大于或者等于90kg/cm²，高壓成型保持的時間是5min-10min，由此可以使氧化鋅顆粒21之間形成有效的粘結(jié)，從而使形成的坯體23具有較好的機械強度。

(3)熱處理排膠

在高溫爐24內(nèi)，在特定的溫度和升溫程序下，通過使上述高壓成型的坯體23進行高溫熱氧化，從而促使坯體23內(nèi)的粘結(jié)劑溶液燃燒氧化而排出坯體，最終形成單一的、具有一定強度的氧化鋅塊體25。

熱處理排膠的目的是通過高溫處理，揮發(fā)排除坯體23內(nèi)的粘結(jié)劑溶液，保證塊體內(nèi)只是氧化鋅材料而沒有高分子粘結(jié)劑溶液存在，同時還能夠增加氧化鋅顆粒之間的結(jié)合力，并增加塊體強度。熱處理溫度、時間以及粘結(jié)劑溶液的排出效果會影響紫外光敏傳感器對紫外光的響應效果。本發(fā)明控制升溫速度在5℃/min-10℃/min，熱處理溫度是300-900℃(優(yōu)選是500℃)，熱處理的時間是30-120min(優(yōu)選是120min)。

(4)印刷電極

排膠完成后，形成的氧化鋅塊體25隨爐冷卻至室溫，使用細砂紙(例如800目(泰勒篩)細砂紙)對氧化鋅塊體25表面進行處理，然后通過絲網(wǎng)印刷工藝在氧化鋅塊體表面制作至少兩個電極。

印刷電極的目的是通過在氧化鋅塊體表面形成至少兩個電極，形成良好的歐姆接觸，從而有效的在紫外光敏傳感器兩端加載工作電壓，并有效輸出紫外光敏傳感器對紫外光的電流變化。電極種類、電極與氧化鋅塊體的結(jié)合情況以及電極間距會影響紫外光敏傳感器的紫外光響應效果。

本發(fā)明采用的電極可以是銦錫氧化物電極、銀納米線膜電極，也可以是金屬或合金電極，如銀漿電極、金電極、銅鎳合金電極等。

進一步地，至少兩個電極可以全部位于氧化鋅塊體的同一側(cè)表面，也可以 位于氧化鋅塊體的兩側(cè)表面，此處不做限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進行選擇。當至少兩個電極全部位于氧化鋅塊體的同一側(cè)表面時，電極之間的間距是0.5-1.5mm，優(yōu)選是1mm；當至少兩個電極位于氧化鋅塊體的兩側(cè)表面時，應當保證紫外光能夠照射到氧化鋅塊體上。

下面以至少兩個電極為第一電極和第二電極為例進行詳細說明。當?shù)谝浑姌O和第二電極位于氧化鋅塊體的同一側(cè)表面時，第一電極與第二電極之間的間距是0.5-1.5mm，優(yōu)選是1mm；當?shù)谝浑姌O和第二電極分別位于氧化鋅塊體的兩側(cè)表面時，可以采用絲網(wǎng)印刷工藝分別在氧化鋅塊體的兩側(cè)表面的整個區(qū)域或者部分區(qū)域上設置第一電極和第二電極，但是，無論采用何種設置方式，都必須保證紫外光能夠照射到氧化鋅塊體上。

進一步地，為了更加容易地使上述制備出的紫外光敏傳感器與外部電路進行連接，還可以在上述至少兩個電極干燥后，再在電極上粘附引出導電線或?qū)щ姽苣_作為電極與外部電路進行連接。

另一方面，本發(fā)明還提供了采用上述方法制備得到的紫外光敏傳感器。下面結(jié)合圖3和圖4，對本發(fā)明的紫外光敏傳感器進行說明。

本發(fā)明的紫外光敏傳感器為無基底紫外光敏傳感器，其包括氧化鋅感應層(即為上述的氧化鋅塊體)以及第一電極和第二電極。其中，氧化鋅感應層用于探測紫外光；第一電極和第二電極互不接觸，作為無基底紫外光敏傳感器的電信號輸出端。

如圖3所示，第一電極31和第二電極32可以位于氧化鋅感應層33的同一側(cè)表面，兩電極之間保持一定的距離，例如0.5-1.5mm，優(yōu)選是1mm?？蛇x地，第一電極和第二電極也可以分別位于氧化鋅感應層的兩側(cè)表面，此時，應當保證紫外光能夠照射到氧化鋅感應層上。

進一步地，為了更加容易地使紫外光敏傳感器與外部電路進行連接，還可以在電極上粘附引出導電線或?qū)щ姽苣_作為電極與外部電路進行連接，具體地，如圖4所示，第一電極和第二電極位于紫外光敏傳感器41的氧化鋅感應層42(即為上述的氧化鋅塊體)的同一側(cè)表面，為了更加容易地使紫外光敏傳感器41與外部電路進行連接，還可以在第一電極和第二電極上分別粘附引出第一導電管腳43和第二導電管腳44作為第一電極和第二電極與外部電路進 行連接，(由于第一電極和第二電極被第一導電管腳43和第二導電管腳44覆蓋，故在圖4中無法示出)。

相比于現(xiàn)有技術(shù)中的紫外光敏傳感器，通過本發(fā)明的方法制備得到的紫外光敏傳感器不僅制備工藝簡單，而且由于省去了襯底，采用氧化鋅制作紫外光敏傳感器，使得紫外光敏傳感器具有很好的日盲性，有效地避免了紫外光波段以外的其它波段的光對紫外光敏傳感器產(chǎn)生影響，并且由于制作工藝簡單、省去了襯底，使得紫外光敏傳感器的制作成本得到了極大的降低。

下面通過具體的實施例來闡述本發(fā)明的方法的實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解的是，這不應被理解為對本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限制。實施例中所使用的各種制劑、物質(zhì)，均為常規(guī)市購得到。

實施例1

本實施例的制備紫外光敏傳感器的方法如下：

(1)造粒

以PVP為粘結(jié)劑，將0.5g的PVP溶解在20ml無水乙醇中，充分攪拌溶解得到濃度為0.025g/ml的PVP無水乙醇溶液。將PVP無水乙醇溶液滴加到10g ZnO(氧化鋅)粉體內(nèi)(PVP粘結(jié)劑溶液與ZnO粉體的質(zhì)量比為1:20)，并于研缽內(nèi)充分加壓研磨，形成ZnO顆粒后，再通過泰勒篩進行篩分得到粒徑為300um的ZnO顆粒，將該ZnO顆粒作為原料。

(2)高壓成型

將原料ZnO顆粒添加到成型模具內(nèi)，通過油壓機施加90kg/cm²的力，并保持10min。

(3)熱處理排膠

成型后的坯體在高溫煅燒爐內(nèi)加熱，按10℃/min的升溫速度，升溫至500℃，并保溫120min，從而促使坯體內(nèi)的PVP粘結(jié)劑溶液燃燒氧化而排出坯體，形成單一ZnO塊體。

(4)印刷電極

排膠完成后，ZnO塊體隨爐冷卻至室溫。通過800目細砂紙?zhí)幚韷K體表面，通過絲網(wǎng)印刷工藝在塊體表面制作兩個銀漿電極，兩個電極間距為1mm，從而形成紫外光敏傳感器件。另外，為了更加容易地使上述制備出的紫外光敏 傳感器與外部電路進行連接，在兩個銀漿電極干燥后，再在兩個銀漿電極上粘附引出兩個導電管腳作為電極與外部電路進行連接，如圖4所示。

紫外光敏傳感器以電化學工作站(CHI660E，上海辰華儀器)來量測傳感器的電流--時間變化，如圖5所示。傳感器對于紫外光有靈敏的響應，初始響應在1s內(nèi)的光電流達到2.12e-4A，暗電流為6.56e-6A，光暗電流比值為32(如圖6所示)。傳感器對于綠光，藍光，紅光沒有可偵測到的響應。傳感器在紫外光照射下進行耐久性測試，其光暗電流均為穩(wěn)定值(如圖7所示)。

實施例2

本實施例的制備紫外光敏傳感器的方法如下：

(1)造粒

以PVP為粘結(jié)劑，將1.5g的PVP溶解在25ml無水乙醇和50ml乙二醇中，充分攪拌溶解得到濃度為0.02g/ml的PVP粘結(jié)劑溶液。將PVP粘結(jié)劑溶液滴加到30g ZnO粉體內(nèi)(PVP粘結(jié)劑溶液與ZnO粉體的質(zhì)量比為1:20)，并于研缽內(nèi)充分加壓研磨，形成ZnO顆粒后，再通過泰勒篩進行篩分得到粒徑為100um的ZnO顆粒，將該ZnO顆粒作為原料。

(2)高壓成型

將原料ZnO顆粒添加到成型模具內(nèi)，通過油壓機施加120kg/cm²的力，并保持5min。

(3)熱處理排膠

成型后的坯體在高溫煅燒爐內(nèi)加熱，按5℃/min的升溫速度，升溫至300℃，并保溫120min，從而促使坯體內(nèi)的PVP粘結(jié)劑溶液燃燒氧化而排出坯體，形成單一ZnO塊體。

(4)印刷電極

排膠完成后，ZnO塊體隨爐冷卻至室溫。通過800目細砂紙?zhí)幚韷K體表面，通過絲網(wǎng)印刷工藝在塊體表面制作兩個銀漿電極，兩個電極間距為1.5mm，從而形成紫外光敏傳感器件。另外，為了更加容易地使上述制備出的紫外光敏傳感器與外部電路進行連接，在兩個銀漿電極干燥后，再在銀漿電極上粘附引出兩個導電線作為電極與外部電路進行連接。

紫外光敏傳感器以電化學工作站(CHI660E，上海辰華儀器)量測傳感器 的電流--時間變化。傳感器對于紫外光有靈敏的響應，初始響應在1s內(nèi)的光電流達到7e-5A，暗電流為7.8e-6A，光暗電流比值為9。傳感器對于綠光，藍光，紅光沒有可偵測到的響應。傳感器在紫外光照射下進行耐久性測試，其光暗電流均為穩(wěn)定值。

實施例3

本實施例的制備紫外光敏傳感器的方法如下：

(1)造粒

以PVA為粘結(jié)劑，將10g的PVA溶解在50ml去離子水中，攪拌充分溶解得到濃度為0.2g/ml的PVA粘結(jié)劑溶液。將PVA粘結(jié)劑溶液滴加到100g ZnO粉體內(nèi)(PVA粘結(jié)劑溶液與ZnO粉體的質(zhì)量比為1:10)，并于研缽內(nèi)充分加壓研磨，形成ZnO顆粒后，再通過泰勒篩進行篩分得到粒徑為500um的ZnO顆粒，將該ZnO顆粒作為原料。

(2)高壓成型

將原料ZnO顆粒添加到成型模具內(nèi)，通過油壓機施加150kg/cm²的力，并保持5min。

(3)熱處理排膠

成型后的坯體在高溫煅燒爐內(nèi)加熱，按8℃/min的升溫速度，升溫至900℃，并保溫30min，從而促使坯體內(nèi)的PVA粘結(jié)劑溶液燃燒氧化而排出坯體，形成單一ZnO材料塊體。

(4)印刷電極

排膠完成后，ZnO材料塊體隨爐冷卻至室溫。通過800目細砂紙?zhí)幚韷K體表面，通過絲網(wǎng)印刷工藝在塊體表面制作兩個金電極，兩個電極間距為0.5mm，從而形成紫外光敏傳感器件。另外，為了更加容易地使上述制備出的紫外光敏傳感器與外部電路進行連接，在兩個金電極干燥后，再在兩個金電極上粘附引出兩個導電管腳作為電極與外部電路進行連接，如圖4所示。

紫外光敏傳感器以電化學工作站(CHI660E，上海辰華儀器)量測傳感器的電流--時間變化。傳感器對于紫外光有靈敏的響應，初始響應在1s內(nèi)的光電流達到2.2e-4A，暗電流為6.56e-6A，光暗電流比值為30。傳感器對于綠光，藍光，紅光沒有可偵測到的響應。傳感器在紫外光照射下進行耐久性測試，其 光暗電流均為穩(wěn)定值。

實施例4

本實施例的制備紫外光敏傳感器的方法如下：

(1)造粒

以明膠為粘結(jié)劑，將1g的明膠溶解在50ml去離子水中，攪拌充分溶解得到濃度為0.02g/ml的粘結(jié)劑溶液。將粘結(jié)劑溶液滴加到30g ZnO粉體內(nèi)(明膠粘結(jié)劑溶液與ZnO粉體的質(zhì)量比為1:30)，并于研缽內(nèi)充分加壓研磨，形成ZnO顆粒后，再通過泰勒篩進行篩分得到粒徑為200um的ZnO顆粒，將該ZnO顆粒作為原料。

(2)高壓成型

將原料ZnO顆粒添加到成型模具內(nèi)，通過油壓機施加90kg/cm²的力，并保持10min。

(3)熱處理排膠

成型后的坯體在高溫煅燒爐內(nèi)加熱，按10℃/min的升溫速度，升溫至600℃，并保溫80min，從而促使坯體內(nèi)的粘結(jié)劑溶液燃燒氧化而排出坯體，形成單一ZnO塊體。

(4)印刷電極

排膠完成后，ZnO塊體隨爐冷卻至室溫。通過800目細砂紙?zhí)幚韷K體表面，通過絲網(wǎng)印刷工藝在塊體表面制作兩個銅鎳合金電極，兩個電極間距為1mm，從而形成紫外光敏傳感器件。

紫外光敏傳感器以電化學工作站(CHI660E，上海辰華儀器)量測傳感器的電流--時間變化。傳感器對于紫外光有靈敏的響應，初始響應在1s內(nèi)的光電流達到7.2e-5A，暗電流為7.9e-6A，光暗電流比值為9。傳感器對于綠光，藍光，紅光沒有可偵測到的響應。傳感器在紫外光照射下進行耐久性測試，其光暗電流均為穩(wěn)定值。