方酸單根納米線和n型矽異質結光電探測器及製備方法
2023-05-15 13:25:06
專利名稱：方酸單根納米線和n型矽異質結光電探測器及製備方法
方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器及製備方法
技術領域
本發明屬於半導體器件技術領域，具體涉及方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器及製備方法。
背景技術：
目前研究較多且運用於實際中的探測器主要是無機探測器，其中以Si基、Ti基、 GaN基以及ZnO基紫外光探測器為代表。有機材料尤其是有機小分子材料由於具有柔性、易裁剪性、結構及性能方面的多樣性等諸多優點，近年來受到廣泛關注。然而其在光電探測器應用方面的研究至今較少。方酸染料作為有機小分子材料的一類，是一種重要的有機光電功能染料，具體而言光吸收波長範圍是400nm-800nm ； P型半導體材料；光響應迅速，電流開關比值較大。發明內容
本發明是基於當今無機探測器的研究日益成熟，而有機材料尤其是具有諸多優點的有機小分子材料(柔性、結構及性能的多樣性、官能團易裁剪性)應用於探測器方面的研究較少。為了充分利用有機小分子材料的優勢，我們選用光電性能較好的有機小分子染料方酸，製備出方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器。該發明在暗場、白光、控溫、真空環境下均顯示出明顯的整流信號，且當以一定波長範圍的單色光(400nm-800nm)照射且施以負壓時，出現反向電導增強的現象(即光電探測的依據)。
為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器，所述探測器自上而下依次由方酸單根納米線、金電極、絕緣襯底、N型矽迭置而成。
進一步的，所述方酸單根納米線中的方酸為2，4-bis[4- (N, N-dimethylamino) phenyl] squaraine,是一種具有較強光電導性的有機小分子材料，其分子式是C2(iH2QO2。
進一步的，所述金電極的尺寸為400 μ mX 400 μ m，厚度為50nm。
進一步的，所述絕緣襯底為厚度為300nm的二氧化矽。
方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器的製備方法，按如下步驟進行a、利用光刻方法在表面氧化層厚度為300nm的N型矽片上面光刻出500μπιΧ500μπι 的方塊圖形；b、顯影並刻蝕，選擇性的將方形圖形區域外的二氧化矽層刻蝕去除，製備出島嶼狀 500 μ mX 500 μ m的方塊二氧化矽圖案；c、進行二次光亥lj，在島嶼狀500μπιΧ500μπι的方形二氧化矽圖案正中光刻出 400 μ mX400 μ m的方塊電極圖形；d、通過磁控濺射或電子束沉積方法在方塊電極的圖形上製備出400μ mX400 μ m的方塊電極，電極材料為Au ；e、採用「溶劑揮發法」，製備出方酸單根納米線，並滴加到製備好的電極上面。在顯微鏡的幫助下，挑選出能夠準確搭在N型矽和金電極之間的方酸單根納米線。
與現有技術相比，本發明具有以下優點1、該發明對可見光敏感，為有機/無機光電探測器。
2、該發明的器件結構簡單，靈敏度高。
3、該發明成本低，易於實現。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的暗場及白光環境下的I-V (電流-電壓)曲線； 圖3為本發明在電壓為7V，周期性變換暗場和白光環境下的I-T (電流-時間響應)曲線.一入 ，圖4為本發明在控溫環境下的I-V曲線； 圖5為本發明在真空環境下的I-V曲線； 圖6為本發明在白光及550nm光激發下的I-V曲線； 圖7為本發明在450nm、500nm、550nm波長的單色光激發下的I-V曲線。
圖中標號說明1.方酸單根納米線，2.金電極，3.絕緣襯底，4. N型矽。
具體實施方式
下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。
參見圖1所示，本實施例中方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器自上而下依次由方酸單根納米線1，金電極2，絕緣襯底3，N型矽4迭置而成。
進一步的，所述方酸單根納米線1中的方酸為2，4-bis[4- (N, N-dimethylamino) phenyl] squaraine,是一種具有較強光電導性的有機小分子材料，其分子式是c2(iH2QO2。
進一步的，所述金電極2的寬度為400 μ mX 400 μ m，厚度為50nm。
進一步的，所述絕緣襯底3為厚度是300nm的二氧化矽。
方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器的製備方法，按如下步驟進行a、利用光刻方法在表面氧化層厚度為300nm的N型矽片上面光刻出500μπιΧ500μπι 的方塊圖形。
b、顯影並刻蝕，選擇性的將方形圖形區域外的二氧化矽層刻蝕去除，製備出島嶼狀500 μ mX 500 μ m的方塊二氧化矽圖案。
C、進行二次光刻，在島嶼狀500μπιΧ500μπι的方形二氧化矽圖案正中光刻出400 μ mX400 μ m的方塊電極圖形；d、通過磁控濺射或電子束沉積方法在方塊電極的圖形上製備出400 μ mX400 μ m的方塊電極，電極材料為Au。
e、採用「溶劑揮發法」，製備出方酸納米線。具體為首先配製出濃度為9mg/L的方酸的二氯甲烷溶液，然後取Iml溶液緩慢滴加到含有5ml水的2. 5cmX2. 5cm稱量瓶中(內含磁子)，在溶劑揮發的同時進行磁力攪拌。待溶劑揮發完畢，水的表面漂浮著方酸的納米線。將方酸納米線滴加到製備好的電極上面。且在顯微鏡的幫助下，挑選出能夠準確搭在金電極和N型矽電極上之間的方酸單根納米線。
f、利用Keithley 4200-SCS測量不同環境下(暗場、白光、控溫、真空)方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器的伏安特性。如圖3所示，SQ在白光下有光響應，其在白光下的開啟電壓(5. 3V)明顯小於暗場的開啟電壓(6. 3V)。如圖4所示，控溫環境下，器件依舊顯示整流信號，且隨著溫度的降低，電流在變小。這是因為隨著溫度的降低，SQ載流子的活性在降低。如圖5所示，真空環境下的電流要高於常壓，這是由於抽真空時帶走了水汽， SQ載流子更易流通所致。
g、利用Keithley 4200-SCS測量當電壓固定為7V，且測量環境周期性變換(暗場和白光)的情況下，方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器的電流-時間曲線。如圖3 所示，SQ在白光下光響應迅速。
h、採用-7V-7V的電壓和波長為450nm、500nm、550nm的單色光，分別測試方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器的伏安特性。如圖6所示，在電壓為-7V時，光電流與暗電流的比值高達3. 89 XlO40
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器，其特徵在於所述探測器自上而下依次由方酸單根納米線(1)、金電極(2)、絕緣襯底(3)、N型矽(4)迭置而成。
2.根據權利要求1所述的方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器，其特徵在於 所述方酸單根納米線(1)中的方酸為2，4-bis[4-(N，N-dimethylamino)phenyl]squaraine， 是一種具有較強光電導性的有機小分子材料，其分子式是C2tlH2tlO2,結構式是
3.根據權利要求1所述的方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器，其特徵在於 所述金電極(2)的尺寸為400 μ mX400 μ m，厚度為50nm。
4.根據權利要求1所述的方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器，其特徵在於 所述絕緣襯底(3)為厚度為300nm的二氧化矽。
5.方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器的製備方法，其特徵在於，按如下步驟進行a、利用光刻方法在表面氧化層厚度為300nm的N型矽片上面光刻出500μπιΧ500μπι 的方塊圖形；b、顯影並刻蝕，選擇性的將方形圖形區域外的二氧化矽層刻蝕去除，製備出島嶼狀 500 μ mX 500 μ m的方塊二氧化矽圖案；c、進行二次光亥lj，在島嶼狀500μπιΧ500μπι的方形二氧化矽圖案正中光刻出 400 μ mX400 μ m的方塊電極圖形；d、通過磁控濺射或電子束沉積方法在方塊電極的圖形上製備出400μ mX400 μ m的方塊電極，電極材料為Au ；e、採用「溶劑揮發法」，製備出方酸單根納米線，並滴加到製備好的電極上面，在顯微鏡的幫助下，挑選出能夠準確搭在N型矽和金電極之間的方酸單根納米線。
全文摘要
本發明公開了方酸單根納米線和N型矽異質結光電探測器及其製備方法，所述探測器自上而下依次由方酸單根納米線、金電極、絕緣襯底、N型矽迭置而成，當在兩電極之間搭上方酸的單根納米線時，則構築出異質結器件，其中N型矽既為電極又為異質結中的N型材料；該器件在暗場、亮場、控溫、真空環境下均顯示出明顯的整流信號，然而當以一定波長範圍的單色光照射且施以負壓時，出現反向電導增強的現象，原因是光照使得SQ的載流子濃度升高，p-n結變薄，當施加反向偏壓的時候，載流子更容易隧穿過結區，出現反向電導升高的現象。本發明結構簡單，靈敏度高，成本低，易於實現。
文檔編號H01L51/42GK102544379SQ20121004199
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月23日 優先權日2012年2月23日
發明者張玉萍, 張秀娟, 秦建麗 申請人:蘇州大學