一種金屬氧化物紫外探測(cè)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬氧化物紫外探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外探測(cè)器可應(yīng)用于科研、軍事、太空、環(huán)保和其他許多工業(yè)領(lǐng)域中。如在太空上，它可作為太空飛船軌道中太陽紫外光的探測(cè)器；環(huán)保上，隨著大氣臭氧層的破壞，對(duì)太陽光紫外線的監(jiān)視愈加重要；工業(yè)上，紫外光探測(cè)器可以用作廢氣及汽車尾氣的監(jiān)視器以及機(jī)械制造和在其他熱背景中的火焰探測(cè)器等。它還具有重要的軍事用途，如應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)和導(dǎo)彈預(yù)警防御系統(tǒng)等。因此對(duì)紫外探測(cè)器的研制具有重要的理論和實(shí)踐意義。
[0003]用于制造紫外探測(cè)器的材料有許多，如S1、Ge、GaAs、SiC、GaN、ZnO以及金剛石等。由第一代半導(dǎo)體Ge和Si為基礎(chǔ)的探測(cè)器已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段，特別是Si基的探測(cè)器，由于現(xiàn)代Si工藝的高度成熟，已經(jīng)商品化，而GeSi合金的探測(cè)器已經(jīng)被成功研制。由GaAs和GaP機(jī)器和僅為代表的第二代半導(dǎo)體的探測(cè)器也很成熟。但是紫外探測(cè)器一般工作在光輻照極其復(fù)雜的環(huán)境中，如火焰燃燒監(jiān)視、火箭尾焰探測(cè)、航空等情況下，要求排除日光、近紅外光以及紅外光的干擾，器件的工作就受到了許多限制。為了使器件能避免其他光照的影響，就要求用寬帶隙材料。同時(shí)，為了適應(yīng)民用市場(chǎng)以及對(duì)于柔性器件的需求，采用溶液法制備金屬氧化物薄膜成為普遍采取的策略。
[0004]然而現(xiàn)有的采用溶液法制備的金屬氧化物紫外探測(cè)器需要在高溫下對(duì)前驅(qū)體薄膜進(jìn)行處理，薄膜體積收縮較大而且造成了很高的能源消耗，使得生產(chǎn)成本大幅上升；同時(shí)金屬氧化物會(huì)吸附氧氣，在表面形成損耗層，當(dāng)外加紫外光時(shí)要先將氧離子脫附，因而降低紫外探測(cè)器的光響應(yīng)速度，現(xiàn)有工藝多采用高真空下使用透紫玻璃封裝，成本高工藝復(fù)雜，不利于大量普及。
[0005]蟲膠是由一種紫膠蟲寄生于一些豆科植物樹枝上吸食樹汁后分泌的一種紫紅色天然樹脂，由多羥基脂肪酸和倍半萜烯酸組成的聚酯混合物。其平均分子量為1000，分子式用C6tlH9tlO5表示，平均每一個(gè)分子中含有I個(gè)游離的羧基、5個(gè)羥基、I個(gè)醛基、3個(gè)酯基和一個(gè)不飽和鍵。蟲膠具有獨(dú)特的優(yōu)良性能。它粘合力強(qiáng)，電絕緣性能好，防水，防潮，防銹，防紫外線，耐油，耐酸，可塑性強(qiáng)，固色性能好，對(duì)人沒有毒性和刺激性。因此，它被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、塑料、軍事、電氣、橡膠、油墨、皮革、涂料、染料和粘合劑等行業(yè)。
[0006]蟲膠在常溫下為固體，受熱時(shí)一般在75°C左右開始熔化，120°C左右成為流體，如在此溫度下繼續(xù)受熱，會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)。溫度繼續(xù)升高時(shí)，隨著受熱時(shí)間的延長，聚合反應(yīng)迅速進(jìn)行，蟲膠的平均分子量不斷增大，粘度逐漸增加，軟化點(diǎn)逐步升高，顏色加深，熱硬化時(shí)間隨之不斷縮短，熱乙醇不溶物不斷增加，逐漸變稠失去流動(dòng)性，經(jīng)橡膠狀階段，最后變成在溶劑中不溶解，加熱也不熔化的角質(zhì)狀三維網(wǎng)狀聚合物。
[0007]基于此種特性，將金屬氧化物前驅(qū)體與蟲膠混合，制備成薄膜之后，將薄膜加熱至蟲膠成為流體，此時(shí)將薄膜置于乙醇氛圍中。在乙醇蒸氣作用下，蟲膠會(huì)向上移動(dòng)，同時(shí)金屬氧化物前驅(qū)體在蟲膠中羥基的作用下，已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成納米顆粒，不溶于乙醇，因而自然沉積為尖錐狀。一定時(shí)間后，升高薄膜溫度，使蟲膠固化，對(duì)金屬氧化物納米顆粒形成致密包覆，達(dá)到封裝的效果。
[0008]整個(gè)制備過程，加熱溫度不超過300°C，且無需后續(xù)高真空環(huán)境封裝，極大地降低了生產(chǎn)成本；而且，自然堆積的金屬氧化物納米顆粒，形成尖錐狀，紫外光會(huì)在金屬氧化物納米顆粒與蟲膠交界處發(fā)生漫反射，提高光探測(cè)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)的溶液法制備金屬氧化物紫外探測(cè)器的缺點(diǎn)，提供一種制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，可在大氣環(huán)境下同時(shí)完成金屬氧化物紫外探測(cè)器。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0011]一種金屬氧化物紫外探測(cè)器，其特征在于，所述探測(cè)器包括石英玻璃襯底、叉指電極、金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層，所述叉指電極設(shè)置于石英玻璃襯底之上，金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層設(shè)置于叉指電極之上，所述金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層中的蟲膠位于該混合層頂部，且緊密包覆于金屬氧化物納米顆粒之上，所述金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層中的金屬氧化物納米顆粒位于該混合層的底部，與叉指電極接觸。
[0012]進(jìn)一步地，所述金屬氧化物包括氧化銦、氧化錫、二氧化鈦、氧化鋅及氧化鋅鎂鋁合金體系中的一種。
[0013]進(jìn)一步地，所述金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層中金屬氧化物納米顆粒與蟲膠重量比為1:1?1:10。
[0014]進(jìn)一步地，所述金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層厚度為500nm?2000nm，所述金屬氧化物納米顆粒直徑為5nm?20nm。
[0015]進(jìn)一步地，當(dāng)金屬氧化物為氧化鋅時(shí)，由二水合醋酸鋅作為前驅(qū)體制備得到；當(dāng)金屬氧化物為氧化錫時(shí)，由草酸亞錫作為前驅(qū)體制備得到；當(dāng)金屬氧化物為氧化銦時(shí)，由硝酸銦作為前驅(qū)體制備得到；當(dāng)金屬氧化物為二氧化鈦時(shí)，由四氯化鈦或鈦酸四丁酯作為前驅(qū)體制備得到。
[0016]進(jìn)一步地，所述叉指電極由金、銀、銅或銷制成，厚度為20nm?50nmo
[0017]進(jìn)一步地，一種金屬氧化物紫外探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟:
[0018]①先對(duì)石英玻璃襯底進(jìn)行徹底的清洗，清洗后干燥；
[0019]②在石英玻璃襯底表面制備叉指電極；
[0020]③在所述叉指電極上面涂覆金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層；
[0021]④將器件加熱，使蟲膠處于流體狀態(tài)，置于乙醇?xì)夥罩型嘶?，退火時(shí)間為0.5h?2h ；
[0022]⑤退火完成后，升高溫度至蟲膠固化溫度，加熱時(shí)間為Ih?3h。
[0023]進(jìn)一步地，步驟②中，叉指電極是通過真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積、絲網(wǎng)印刷、打印或旋涂中的一種方法制備；步驟③中，金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層通過旋涂、輥涂、滴膜、壓印或印刷中的一種方法制備。
[0024]進(jìn)一步地，步驟④中，所述金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層加熱溫度為100°C?1500C ;步驟⑤中，所述金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層加熱溫度為200°C?300°C。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0026]一、蟲膠來源廣泛，易溶于乙醇，通過在金屬氧化物前驅(qū)體中引入蟲膠，促進(jìn)金屬氧化物前驅(qū)體的低溫轉(zhuǎn)化；
[0027]二、利用蟲膠的特殊性質(zhì)，通過溶劑退火實(shí)現(xiàn)對(duì)蟲膠的向上提取，使得金屬氧化物納米顆粒形成尖錐狀堆積，最后完成蟲膠對(duì)金屬氧化物納米顆粒的；
[0028]三、該方法成本低廉，制備工藝簡單，無需在進(jìn)行后續(xù)真空封裝制程，易于實(shí)施，方法可靠；
[0029]該方法采用一次涂覆經(jīng)過溶劑退火以后，既可低溫實(shí)現(xiàn)金屬氧化物納米顆粒沉積，又可同步實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬氧化物納米顆粒原位封裝，在保證紫外探測(cè)靈敏度的前提下，制備工藝簡單，便于大面積快速生產(chǎn)；同時(shí)又避免了大氣環(huán)境中，水、氧對(duì)金屬氧化物的影響，無需再對(duì)器件進(jìn)行真空封裝因而成本低廉。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)簡單示意圖；
[0031]圖中:1_石英玻璃襯底，2-叉指電極，3-金屬氧化物納米顆粒，4-蟲膠，5-乙醇蒸氣。
[0032]圖2是金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層未進(jìn)行溶劑退火的示意圖；
[0033]圖3為紫外探測(cè)器工作時(shí)紫外光入射方向；
[0034]圖4在紫外光照射下，采用本方法金屬氧化物(ZnO)與蟲膠混合層同金屬氧化物與蟲膠疊層的光響應(yīng)電流對(duì)比；
[0035]圖5在紫外光照射下，實(shí)施例1與實(shí)施例2的明暗電流。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]參照?qǐng)D1，本本發(fā)明公開了一種金屬氧化物紫外探測(cè)器，所述探測(cè)器包括石英玻璃襯底1、叉指電極2、金屬氧化物納米顆粒3與蟲膠4混合層，所述叉指電極置與石英玻璃襯底之上，金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層設(shè)置于叉指電極之上，其中蟲膠緊密包覆于金屬氧化物納米顆粒之上。
[0038]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例:
[0039]實(shí)施例1:
[0040]如圖1所示:叉指電極2的制備材料為金，厚度為50nm，金屬氧化物納米顆粒由二水合醋酸鋅前驅(qū)體制成，其與蟲膠混合層由氧化鋅納米顆粒與蟲膠混合而成，厚度為2000nm，其中氧化鋅納米顆粒與蟲膠的重量比例為1: 1，氧化鋅納米顆粒直徑為20nm。
[0041]制備方法如下:
[0042]①先對(duì)石英玻璃襯底進(jìn)行徹底的清洗，清洗后干燥；
[0043]②在石英玻璃襯底表面真空熱蒸鍍叉指電極；
[0044]③在所述叉指電極上面涂覆金屬氧化物納米顆粒與蟲膠混合層；
[0045]④將器件加熱至150°C使蟲膠處于流體狀態(tài)，置于乙醇?xì)夥罩型嘶?，退火時(shí)間為2h ；
[0046]⑤退火完成后，升高溫度至蟲膠固化溫度，300°C加熱時(shí)間為3h。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]如圖1所示:叉指電極2的制備材料為金，厚度為50nm，金屬氧化物顆粒由二水合醋酸鋅制成，其與蟲膠混合層由氧化鋅納米顆粒與蟲