一種基於同質ZnO納米核殼陣列的紫外光響應器件及製備方法與流程

2023-05-24 01:13:01

本發明涉及一種半導體材料。

背景技術：

作為一種重要的寬禁帶半導體材料，氧化鋅材料具有優異的光學和電學特性，有序氧化鋅納米陣列由於具有較高的比表面積和較快的電子傳輸能力，同時它具有無毒，原材料成本低，生長方法簡單。因此近年來成為發光二極體和紫外探測器等的熱門材料，具有很好的應用潛力。

目前報導的zno納米結構豐富多彩，主要集中在一維垂直陣列的研究方面，基於zno納米陣列的紫外探測器納米線陣列具有很大的比表面積並可以為載流子提供快速的定向傳輸通道近年來得到越來越多的關注。如何進一步提高其性能也一直是研究的熱點，基於一維zno納米材料紫外探測器性能還有待於進一步提高，目前現有方法多集中在表面貴金屬修飾，工藝複雜，成本較高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種製備工藝簡單，成本低，性能穩定且優異的基於同質zno納米核殼陣列的紫外光響應器件及製備方法。本發明本發明的結構層是以低成本的zno納米陣列為載體，採用乙酸鋅和六次甲基四胺為原料，首先採用低溫水溶液在zno表面生長zno納米棒陣列，然後再用低溫乙醇溶劑熱在納米棒陣列上生長zno納米片層結構。

一、該器件主要是在玻璃襯底和透明接觸電極之間設有基於同質zno納米核殼陣列層。其中，透明接觸電極為刻有0.2cm溝道的ito導電玻璃；基於的zno納米核殼陣列是由zno納米陣列籽晶層、生長於zno納米陣列籽晶層表面的zno納米棒陣列核層和生長於納米棒表面的zno納米片狀殼層組成。最好透明接觸電極外面設有玻璃保護層。

二、上述紫外光響應器件的製備方法如下：

①將30mm乙酸鋅溶於無水乙醇，製得籽晶溶液；

②玻璃襯底置於旋塗機上，將步驟①籽晶溶液滴於表面，靜置5分鐘後進行旋塗，最好按照2500轉/分轉速旋塗，時間為5min。隨後將生長有籽晶的玻璃襯底置於加熱臺，200℃條件下快速加熱15分鐘後，自然冷卻到室溫，得熱處理後生長有籽晶的玻璃襯底片；

③將0.6585g乙酸鋅和0.4205g六次甲基四胺溶於100ml水，快速攪拌均勻，製得混合溶液；

④將生長有籽晶的玻璃襯底片浸入步驟③混合溶液中，於90℃溫度反應5小時。反應結束取出所得玻璃襯底片並用水洗滌，晾乾，得生長有zno納米棒陣列的玻璃襯底片；

⑤將0.2195g乙酸鋅溶於100ml無水乙醇中，攪拌30分鐘以上，製得殼層生長溶液；

⑥將步驟④所得的玻璃襯底片浸入步驟⑤所得的溶液中，並將生長有zno納米棒陣列正面朝上即面向溶液懸浮生長，於70℃溫度反應5小時，反應結束取出所得樣品並用水洗滌，晾乾，得同質修飾的zno陣列結構的玻璃襯底片；

⑦將製備所得同質修飾的zno陣列結構的玻璃襯底片置於加熱爐中以10℃/分鐘升溫速率升溫至400℃，並保溫1小時自然降溫。

⑧將刻有0.2cm溝道的ito導電玻璃，貼於⑦所得陣列結構表面，並加以固定。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明的產品對紫外光有著非常好的光響應，比單純的zno納米陣列性能更優越。

2、本發明的製備方法不需要催化劑，條件溫和，操作簡單，製造成本低。

附圖說明

圖1為本發明實施例中基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件結構示意圖。

圖2為本發明實施例中同質zno納米核殼陣列掃描電鏡低倍形貌圖；

圖3為本發明實施例中同質zno納米核殼陣列掃描電鏡低高倍形貌圖；

圖4為本發明實施例中單根同質zno納米核殼結構透射電鏡圖；

圖5為本發明實施例中基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件暗態以及紫外光照下的i-v曲線圖；

圖6為本發明實施例中同樣器件結構，未經過同質修飾的zno陣列紫外光響應器件暗態以及紫外光照下的i-v曲線圖；

圖7為本發明實施例中基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件外光照下電流隨時間變化圖。

圖8為本發明實施例中基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件外光照下電流隨時間在不同強度紫外光功率密度變化圖

圖9為本發明實施例中基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件外光照下光電流與紫外光功率密度線性關係圖。

對上面附圖的說明

從圖1可以看出，基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件結構簡單，由接觸電極與樣品固定。

從圖2、圖3和圖4中可以看出，zno納米棒陣列表面由zno納米片均勻包覆。

從圖5可以看出，本發明實施例所製得的同質zno納米核殼陣列結構紫外探測器對紫外光(365nm)具有非常好的光響應，紫外燈照射下，其光電流有顯著提高，較圖6基於未經過同質修飾的zno陣列紫外光響應有顯著提高。

從圖7可以看出，本發明實施例所製得的同質zno納米核殼陣列結構紫外探測器具有很好的穩定性，光電流隨著紫外燈的周期開關呈現周期性響應。

從圖8和圖9可以看出，該器件的光電流隨紫外光強度增加，並呈現線性關係。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。

下述實施例中所述試驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。

實施實例

首先將30mm無水乙酸鋅溶於乙醇，製得籽晶溶液。將玻璃襯底置於旋塗機上，將配置好的籽晶溶液滴於表面，靜置5分鐘後按照2500轉/分轉速進行旋塗，時間為5min。隨後將生長有籽晶的玻璃襯底置於快速加熱臺上，在200℃條件下快速加熱15分鐘後，自然冷卻到室溫。然後用電子天平分別準確稱取0.6585g乙酸鋅和0.4205g六次甲基四胺，並溶於100ml去離子水，快速攪拌均勻，製得混合溶液。將熱處理後即生長有籽晶的玻璃片襯底浸入混合溶液中，於90℃反應5小時。反應結束取出所得玻璃襯底並用水洗滌，晾乾。隨後用電子天平分別準確稱取0.2195g乙酸鋅，並溶於100ml無水乙醇中，攪拌30分鐘以上，製得殼層生長溶液。將生長有zno納米棒陣列的玻璃襯底片浸入混合溶液中，將生長有zno納米陣列正面朝上即面向溶液懸浮生長，於70℃溫度反應5小時，反應結束取出所得樣品並用水洗滌，晾乾。隨後將同質修飾的zno陣列結構的玻璃襯底片置於加熱爐中以10℃/分鐘升溫速率升溫至400℃，保溫1小時後自然冷卻至室溫。將刻有0.2cm溝道的ito玻璃，貼於熱處理後所得同質修飾的zno陣列結構表面，並加以固定，得到的基於同質zno納米核殼陣列紫外光響應器件如圖1所示，在玻璃襯底5和玻璃表面1蒸鍍透明接觸電極2之間設有基於同質zno納米核殼陣列層。其中，透明接觸電極為刻有0.2cm溝道的ito導電玻璃；基於的zno納米納米核殼陣列由下至上依次是zno納米陣列籽晶層4、生長於zno納米陣列籽晶層表面的zno納米棒陣列核層和生長於納米棒表面的zno納米片狀殼層3。