本發(fā)明涉及一種紫外探測器的制備方法,屬于半導體器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
紫外探測技術(shù)是一項繼紅外探測技術(shù)和激光技術(shù)之后發(fā)展起來的新型的軍民兩用技術(shù),廣泛應(yīng)用于空間通訊、導彈預(yù)警、污染檢測以及生物醫(yī)學等領(lǐng)域。目前市場上還是以技術(shù)較成熟的傳統(tǒng)商用光電倍增管和硅基紫外探測器為主,未見薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的紫外探測器。ZnO是一種重要的新型寬禁帶半導體材料,具有直接帶隙能帶結(jié)構(gòu),室溫禁帶寬度3.37eV,激子束縛能高達60meV,可見光透過率高,物理化學性質(zhì)穩(wěn)定,原料豐富等優(yōu)點。相對于傳統(tǒng)的光電倍增管和硅基紫外探測器,基于第三代寬禁帶半導體ZnO基材料的紫外探測器可避免使用復雜昂貴的濾光片,并且其具有工作電壓較低、能耗較小、體積小、重量輕等優(yōu)點。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種制備成本低、工藝簡單易于生產(chǎn),且暗電流小、響應(yīng)速度快的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的制備方法。本發(fā)明的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器,自下而上依次有低阻Si層、SiO2絕緣層、ZnO納米晶層和Au電極。制備方法包括以下步驟:1)將Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于二甲基亞砜,使Zn(CH3COOH)2·2H2O濃度為0.1M,獲得A溶液;將(CH3)4NOH·5H2O溶解于乙醇,使(CH3)4NOH·5H2O濃度為0.55M,獲得B溶液;將B溶液緩慢滴加至A溶液中,在室溫下攪拌反應(yīng)2~24h,獲得混合溶液C;其中B溶液與A溶液的體積比為1:3;向每40mL溶液C中加入40mL的乙酸乙酯,使ZnO納米晶析出,離心后倒去上層清液,再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶,隨后再加入20~50mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶,離心后倒去上層清液,最后加入2~4mL乙醇,用孔徑0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001~0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為150~300nm的SiO2絕緣層(2),再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相,轉(zhuǎn)速為1500~4000r/min,旋涂40s,旋涂后在80~300℃退火15min,在SiO2絕緣層(2)上獲得厚度為20~100nm的ZnO納米晶層(3);3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為70~100nm的Au電極(4),獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本發(fā)明的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的工作原理是:在一定的源漏電壓下,通過控制柵極偏壓使紫外探測器工作在耗盡區(qū),此時由于采用薄膜晶體管型的特殊結(jié)構(gòu),使紫外探測器的暗電流很小;當有紫外光照射時,ZnO納米晶層吸收紫外光產(chǎn)生光生載流子,形成載流子通道,在漏源電壓下形成較大的源漏電流,即紫外探測器的光電流,進行紫外探測。本發(fā)明的有益效果在于:1)本發(fā)明ZnO納米晶的合成方法簡單,可在室溫下進行,無需氮氣保護,時間短,產(chǎn)率高,且合成的納米晶大小均勻、晶粒尺寸??;在此基礎(chǔ)上,紫外探測器制備方法簡潔,且只需在低溫下退火即可;2)ZnO納米晶比表面積大,吸收紫外光的效率高,并且ZnO納米晶的電子傳輸速度快,可提高紫外探測器的響應(yīng)速率;3)本發(fā)明的紫外探測器采用薄膜晶體管型的特殊結(jié)構(gòu),具有極小的暗電流,可以獲得高于其他類型紫外探測器數(shù)的靈敏度;4)本發(fā)明的紫外探測器結(jié)構(gòu)簡單,其制備方法簡便且成本低,在軍事、民用以及一些特殊領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。附圖說明圖1是ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1為低阻Si層、2為SiO2絕緣層、3為ZnO納米晶層、4為Au電極。具體實施方式以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步闡述。參照圖1,本發(fā)明的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器,自下而上依次有低阻Si層1、SiO2絕緣層2、ZnO納米晶層3和Au電極4。實施例11)稱取0.6585g的Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于30mL二甲基亞砜,獲得A溶液;稱取0.9968g的(CH3)4NOH·5H2O溶解于10mL乙醇,獲得B溶液;將B溶液緩慢滴加至A溶液中,在室溫下攪拌反應(yīng)2h,獲得混合溶液C;向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯,使ZnO納米晶析出,離心后倒去上層清液,再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶,隨后再加入20mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶,離心后倒去上層清液,最后加入2mL乙醇,用0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001~0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為300nm的SiO2絕緣層(2),再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相,轉(zhuǎn)速為2000r/min,旋涂40s,旋涂后在80℃退火15min,獲得厚度約70nm的ZnO納米晶層(3);3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為100nm的Au電極(4),獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本例制得的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的響應(yīng)時間常數(shù)為:τg=2.05s;τd=1.36s。實施例21)稱取0.6585g的Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于30mL二甲基亞砜,獲得A溶液;稱取0.9968g的(CH3)4NOH·5H2O溶解于10mL乙醇,獲得B溶液;將B溶液緩慢滴加至A溶液中,在室溫下攪拌反應(yīng)2h,獲得混合溶液C;向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯,使ZnO納米晶析出,離心后倒去上層清液,再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶,隨后再加入50mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶,離心后倒去上層清液,最后加入4mL乙醇,用0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001~0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為300nm的SiO2絕緣層(2),再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相,轉(zhuǎn)速為2000r/min,旋涂40s,旋涂后在110℃退火15min,獲得厚度約40nm的ZnO納米晶層(3);3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為100nm的Au電極(4),獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本例制得的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的響應(yīng)時間常數(shù)為:τg=3.10s;τd=0.69s。實施例31)稱取0.6585g的Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于30mL二甲基亞砜,獲得A溶液;稱取0.9968g的(CH3)4NOH·5H2O溶解于10mL乙醇,獲得B溶液;將B溶液緩慢滴加至A溶液中,在室溫下攪拌反應(yīng)24h,獲得混合溶液C;向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯,使ZnO納米晶析出,離心后倒去上層清液,再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶,隨后再加入50mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶,離心后倒去上層清液,最后加入4mL乙醇,用0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001~0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為300nm的SiO2絕緣層(2),再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相,轉(zhuǎn)速為3000r/min,旋涂40s,旋涂后在140℃退火15min,獲得厚度約20nm的ZnO納米晶層(3);3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為100nm的Au電極(4),獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本例制得的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的響應(yīng)時間常數(shù)為:τg=0.28s;τd=0.54s。