[发明专利]TiO2-ZrO2复合氧化物薄膜紫外光探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜紫外光探测器，其特征在于：由超薄石英衬底(3)，采用溶胶凝胶法在石英衬底上制备的纳米TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜(2)、在纳米TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜上用磁控溅射法制备的Au、Pt或Ni金属插指电极(1)、在超薄石英衬底背面蒸镀的Al或Ag光反射层(4)构成，待探测的紫外光(5)从金属插指电极(4)的上方入射。

2.如权利要求1所述的一种TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜紫外光探测器，其特征在于：石英衬底的厚度为0.25～5mm，纳米TiO₂-ZrO₂薄膜的厚度为100～200nm，纳米TiO₂-ZrO₂薄膜中ZrO₂与TiO₂的摩尔比为0.25～4∶1；金属插指电极的指间距、电极宽度、厚度分别为2～50μm、2～50μm、0.05～0.2μm；Al或Ag光反射层的厚度为100～200nm。

3.一种权利要求1所述TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜紫外光探测器的制备方法，其步骤如下：

(1)纳米TiO₂-ZrO₂溶胶的制备

采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂-ZrO₂溶胶；

(2)衬底的处理

首先分别用丙酮、乙醇棉球擦拭石英衬底至出响声，再将石英衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5～10分钟，最后用氮气吹干；

(3)TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜的制备

采用旋涂的方法将陈化后的TiO₂-ZrO₂溶胶旋涂在处理后的石英衬底上形成薄膜，旋涂速度为2500～3500转/分钟，然后将薄膜在100～120℃下烘干10～30分钟，再放入马弗炉中于550～700℃下烧结2～4小时后自然冷却至室温；重复上述旋涂与烧结过程3～5次，从而在石英衬底上制备得到100～200nm厚的TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜；

(4)TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜的优化处理

将上述步骤制备的TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜在高强度紫外清洗机下进行处理，处理的功率为90～100W，处理时间为0.5～2分钟；

(5)制备Au、Pt或Ni金属插指电极

在TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜上旋涂一层厚度为1～2μm的正型光刻胶，70～90℃条件下前烘10～30分钟；然后在光刻机上，将与插指电极结构互补的掩膜板与旋涂的光刻胶层紧密接触，曝光光刻胶40～50秒，经过10～15秒的显影，最后在120～130℃下坚膜5～20分钟，从而在TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜上得到所需要的光刻胶插指电极图形；

然后再将光刻后表面有光刻胶插指电极图形的石英衬底置于真空室中，抽真空至2.0×10^-3～4.0×10^-3Pa；然后通Ar气，溅射气压为0.4～1.0Pa，溅射功率为50～100W，溅射时间5～20分钟，溅射靶为Au、Pt或Ni靶；最后将石英衬底置于丙酮中超声5～30秒，未被曝光的光刻胶及覆盖其上的金属即被剥离，再将器件用去离子水冲洗后吹干，从而制备得到金属-半导体-金属平面结构的TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜紫外光探测器，其中金属插指电极的指间距、电极宽度、厚度分别为2～50μm、2～50μm、0.05～0.2μm；

(6)制备光反射层

在石英衬底的背面蒸镀Al或Ag的反射层，真空度为2.0×10^-3～4.0×10^-3Pa，电流10～30mA，时间0.5～2min，从而制备得到TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜紫外光探测器。

4.如权利要求4所述的TiO₂-ZrO₂复合氧化物薄膜紫外光探测器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂-ZrO₂溶胶是在室温条件下，将总体积5～10mL的锆酸四丁酯和钛酸四丁酯加入到50～100mL无水乙醇中，其中锆酸四丁酯和钛酸四丁酯的摩尔比为0.25～4∶1等，搅拌20～40分钟后，滴加入5～10mL冰醋酸作为催化剂，再经过30～90分钟的搅拌，得到均匀透明的淡黄色溶液；然后缓慢加入5～10mL乙酰丙酮以抑制酯类水解，此时溶液颜色变深，继续搅拌1～2小时；最后将5～10mL去离子水以0.5～1mL/min的速率缓慢滴加到上述溶液中，继续搅拌1～2小时，得到均匀透明的橙黄色溶胶，再将其放置陈化4～6小时，得到纳米TiO₂-ZrO₂溶胶。