n型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器及製備方法

2023-06-17 14:54:56

專利名稱：n型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器及製備方法
技術領域：
本發明屬於半導體器件技術領域，具體涉及η型摻雜ZnS準一維納米結構光電導型紫外探測器及製備方法。
背景技術：
紫外探測器廣泛應用於天文學、燃燒工程、水淨化處理、火焰探測、生物效應、天際通信及環境汙染檢測等。硫化鋅ZnS是最重要的II-VI族直接帶隙半導體之一，禁帶寬度為3. 7eV，具有壓電、紅外透明及良好的發光性能，一直是受到廣泛研究的材料，在電子顯示器件、紫外探測器、太陽能電池、紅外窗口及雷射和催化等眾多領域中有廣泛的應用。由於ZnS禁帶寬度在紫外範圍內，是製作紫外探測器件的理想材料之一。與傳統ZnS薄膜和體材料相比，ZnS納米材料具有高晶體質量、小尺寸、大比表面積、高量子效率以及量子尺寸效應等優良特性，可應用於構築高性能的納米紫外探測器。當前對於SiS的研究和報導主要集中於各種納米結構的合成以及研究硫化鋅材料的形成機制，而對一維ZnS納米的在電輸運特性和光電應用中研究較少。關於ZnS準一維納米材料UV探測研究並不多， 已檢索到的相關報導有Fang等研究了本徵ZnS納米帶光電導型UV探測器[X. S. Fang, Y. S. Bando, Μ. Y. Liao, U. K. Gautam, C. Y. Zhi, B. Dierre, B. D. Liu, Τ. Y. Zhai, Τ. Sekiguchi, Y. Koide, D. Golberg, Adv. Mater. 2009,21,2034. Χ. S. Fang, Y. Bando, Μ. Y. Liao, Τ. Y. Zhai, U. K. Gautam, L. Li, Y. Koide, D. Golberg, Adv. Funct. Mater. 2010，20，500.]，但此類 UV 探測器的低響應速度和小響應度，使其難以真正得到應用。

發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器及製備方法，以期能夠實現波長小於335nm的紫外探測，響應度高達IO6AW-1，且能夠製備成全透明紫外探測器。本發明通過如下方式實現本發明η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器的結構特點是所述紫外探測器自上而下依次由叉指電極，η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜和絕緣襯底迭置而成。本發明η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器的結構特點也在於所述叉指電極為ITO電極或AZO電極。所述叉指電極的寬度為ΙΟμπι-ΙΟΟμπι，厚度為50nm-200nm，叉指電極相鄰電極之間的間距為5μ -100μπ 。所述η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜中的η型摻雜ZnS是指Cl、Al、fei或h摻雜 ais。
所述絕緣襯底為石英玻璃、或為表面長有氧化矽的矽片、或為表面鍍有氮化矽的娃片。本發明η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器的製備方法的特點是按如下步驟進行a、用酒精或丙酮揮發性溶劑為分散液，將η型摻雜ZnS準一維納米材料加入分散液中，超聲震蕩使η型摻雜ZnS準一維納米材料均勻懸浮在分散液中；b、將含有η型摻雜ZnS準一維納米材料的分散液旋塗在絕緣襯底上，經揮發形成 ZnS納米結構薄膜；C、利用光刻方法在塗有ZnS納米結構薄膜的襯底上光刻出叉指電極的圖形；d、通過磁控濺射或脈衝雷射沉積方法在叉指電極的圖形上製備形成叉指電極。與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明紫外探測器以η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜為紫外敏感層，只對小於335nm波長光敏感，也就是說本發明探測器只對紫外光有響應，對可見光沒有響應，因而消除了因可見光的存在，並且難於進行分辨而對紫外探測造成的影響；2、本發明利用AZO或ITO透明叉指電極和納米結構薄膜更增強了受光面積，提高了紫外光響應度，同時使用ZnS做為光敏材料，環保可靠。3、本發明結構簡單，靈敏度高，成本低，易於實現等優點。


圖1為η型摻雜SiS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器的結構示意圖；圖2為實施例1中Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器光譜響應曲線；圖3為實施例1中Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的響應回復曲線；圖4為實施例1中Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的不同頻率下增益曲線；圖5為實施例2中( 摻雜ZnS納米帶薄膜光電導型紫外探測器的響應回復曲線；圖6為實施例3中Al摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的響應回復曲線；圖7為實施例4中h摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的響應回復曲線；
具體實施例方式如圖1所示，本實施例中η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器自上而下依次由叉指電極1、η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜2和絕緣襯底3迭置而成。 叉指電極1的寬度為ΙΟμπι-ΙΟΟμπι、厚度為50nm-200nm，叉指電極1相鄰電極之間的間距 ^ 5 μ m-100 μ m。實施例1Cl摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的製備方法及步驟如下1、將表面長有厚度為300nm氧化矽的矽片超聲清洗乾淨後，用酒精作為分散液， 將化學氣相法合成的摻雜濃度為2. 6X IO16CnT3的Cl摻雜SiS納米線，加入分散液，超聲震蕩使納米線均勻懸浮在分散液中。2、將含有ZnS納米帶的分散液旋塗在乾淨的長有氧化矽的矽片上，經揮發形成ZnS納米帶薄膜。3、在塗有ZnS納米線薄膜的矽片上旋塗光刻膠，光刻出叉指電極2圖形，叉指電極相鄰電極間距為5 μ m,寬度為10 μ m。4、通過磁控濺射法在光刻的叉指電極的圖形上製備出一層AZO電極，厚度為 50nmo5、以150W氙燈為光源，利用Omni- λ 300單色儀把100 μ ff/cm2單色光聚焦在Cl摻雜ZnS納米線薄膜上，利用KEITHLEY 4200-SCS測量不同波長光照下一對叉指電極間的伏安特性，並對其歸一化後得其光譜響應曲線，如圖2所示，從中可以看出ZnS納米線薄膜只對波長小於335nm的光具有較高的敏感性。6、採用IV的電壓，100 μ W/cm2320nm的光測試Cl摻雜SiS納米線響應回復曲線， 如圖3所示，計算的響應度為LOXlOlW—1。圖4為上述光強下不同脈衝光頻率下所獲得相對增益曲線，發現脈衝光頻率在IOOHz下也能獲得較大增益。實施例2Ga摻雜ZnS納米帶薄膜光電導型紫外探測器的製備方法及步驟如下1、將石英玻璃超聲清洗乾淨後，用丙酮作為分散液，將化學氣相合成的摻雜濃度為1. 5 X IO17Cm-3的( 摻雜SiS納米帶加入分散液，超聲震蕩使納米帶均勻懸浮在分散液中。2、將含有ZnS納米帶的分散液旋塗乾淨石英玻璃上，經揮發形成ZnS納米帶薄膜；3、在塗有ZnS納米帶薄膜的石英玻璃上旋塗光刻膠，光刻出叉指電極圖形，叉指電極相鄰電極間距為 ο μ m,寬度為100 μ m ；4、通過脈衝雷射沉積法在光刻的電極上製備出一層ITO電極，厚度為200nm ；5、採用IV的電壓，100 μ ff/cm2320nm的光測試( 摻雜SiS納米帶響應回復曲線， 如圖5所示，計算的響應度為1. OXlO6AWA實施例3Al摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的製備方法及步驟如下1、將表面鍍有厚度為50nm氮化矽的矽片超聲清洗乾淨後，用酒精作為分散液，將化學氣相合成的摻雜濃度為3. 8 X IO17Cm-3的Al摻雜ZnS納米線加入分散液，超聲震蕩使納米線均勻懸浮在分散液中；2、將含有ZnS納米線的分散液旋塗在乾淨鍍有氮化矽的矽片上，經揮發形成ZnS 納米線薄膜；3、在塗有ZnS納米線薄膜的矽片上旋塗光刻膠，光刻出叉指電極圖形，叉指電極相鄰電極間距為50 μ m,寬度為50 μ m ；4、通過脈衝雷射沉積法在光刻的電極上製備出一層AZO電極，厚度為IOOnm ；5、採用IV的電壓，100 μ ff/cm2320nm的光測試了 Al摻雜ZnS納米線響應回復曲線， 如圖6所示，計算的響應度為2. OXlO5AWA實施例4In摻雜ZnS納米線薄膜光電導型紫外探測器的製備方法及步驟如下1、將石英玻璃超聲清洗乾淨後，用丙酮作為分散液，將化學氣相合成的摻雜濃度為5 X IO17CnT3的h摻雜SiS納米線加入分散液，超聲震蕩使納米線均勻懸浮在分散液中；2、將含有ZnS納米線的分散液旋塗乾淨石英玻璃上，經揮發形成ZnS納米帶薄膜；3、在塗有ZnS納米線薄膜的石英玻璃上旋塗光刻膠，光刻出叉指電極圖形，叉指電極間距為20 μ m,寬度為50 μ m ；4、通過射頻磁控濺射方法在光刻的電極上製備出一層AZO電極，厚度為IOOnm ；5、採用IV的電壓，100μΙ/αιι2320ηπι的光測試了 h摻雜SiS納米帶響應回復曲線， 如圖7所示，計算的響應度為2. OXlO6AWA
權利要求
1.一種η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器，其特徵是所述紫外探測器自上而下依次由叉指電極(1)，η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜(2)和絕緣襯底(3) 迭置而成。
2.根據權利要求1所述的η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器，其特徵是所述叉指電極⑴為ITO電極或AZO電極。
3.根據權利要求1或2所述的η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器，其特徵所述叉指電極(1)的寬度為10μπι-100μπι，厚度為50nm-200nm，叉指電極⑴相鄰電極之間的間距為5 μ m-100 μ m。
4.根據權利要求1所述的η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器，其特徵是所述η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜O)中的η型摻雜ZnS是指Cl、Al、fei或h 摻雜SiS。
5.根據權利要求1所述的η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器，其特徵是所述絕緣襯底C3)為石英玻璃、或為表面長有氧化矽的矽片、或為表面鍍有氮化矽的矽片。
6.一種權利要求1所述的η型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜光電導型紫外探測器的製備方法，其特徵在於按如下步驟進行a、用酒精或丙酮揮發性溶劑為分散液，將η型摻雜ZnS準一維納米材料加入分散液中， 超聲震蕩使η型摻雜ZnS準一維納米材料均勻懸浮在分散液中；b、將含有η型摻雜ZnS準一維納米材料的分散液旋塗在絕緣襯底C3)上，經揮發形成 ZnS納米結構薄膜O)；c、利用光刻方法在塗有ZnS納米結構薄膜⑵的襯底上光刻出叉指電極⑴的圖形；d、通過磁控濺射或脈衝雷射沉積方法在叉指電極(1)的圖形上製備形成叉指電極⑴。
全文摘要
本發明公開了n型摻雜ZnS準一維納米結構光電導型紫外探測器及製備方法，其特徵是紫外探測器自上而下依次由叉指電極，n型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜和絕緣襯底迭置而成。本發明紫外探測器以n型摻雜ZnS準一維納米結構薄膜為紫外敏感層，使其只對小於335nm波長光敏感，利用透明叉指電極和納米結構薄膜增強了受光面積，提高了紫外光響應度，同時使用ZnS做為光敏材料，環保可靠。本發明結構簡單，靈敏度高，成本低，易於實現。
文檔編號H01L31/18GK102280515SQ20111017623
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者於永強, 揭建勝, 朱志峰, 江鵬, 蔣陽 申請人:合肥工業大學