[发明专利]一种纳米同轴电缆异质结阵列基紫外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外光探测器技术，特别是一种用于紫外光探测的纳米同轴电缆异质结阵列基紫外光探测器及其制备方法。

背景技术

紫外光探测器因其抗干扰能力强等优点在军民领域得到了广泛应用。由于传统单晶Si基半导体材料对紫外光没有选择吸收性，必须使用昂贵的滤光片，导致单晶Si基紫外探测器生产成本居高不下，难以满足民用市场的需要。因此，目前人们主要把目光集中在宽带隙半导体材料构成的结型器件上，如(Al)GaN、SiC、ZnO、金刚石结型器件等，相应的研究也主要集中在单晶器件上。由于单晶材料制备工艺复杂、往往需要造价高昂的生产设备，因此，紫外探测器的制造成本仍旧很高。近年来由于纳米材料和纳米光电子技术的飞速发展，使得研究人员更多地将目光投到制备工艺更为简易，且无需昂贵制造设备的纳米结构多晶薄膜结型器件上，希望以此制备出成本更低、性能更为突出的紫外光探测器，相关研究已成为新的热点。

目前，国内外研究人员以纳米多晶薄膜为基础设计了多种不同结型结构的紫外光电探测器件，包括液结、肖特基结、PN结型紫外光探测器，并对它们的光电性能进行了较为详细的研究，如《科学通报》2006.51(8)发表了付姚、曹望和合著的《用于紫外光传感器的透明纳米TiO₂薄膜的制备》，《Applied physicsletters》2007，90，201118发表了H.L.Xue，X.Z.Kong，Z.R.Liu等合著的《TiO₂based metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors》。然而，尽管有关纳米多晶薄膜结型紫外光探测器的研究取得了一定的进展，但从所获器件性能来看，仍处于初级阶段。纳米多晶薄膜紫外光探测器的光电性能尚无法赶超单晶器件而获得应用。

传统多晶薄膜结型器件光电性能之所以无法得到飞跃性提高的根本原因如下：

1.传统多晶薄膜结型器件的异质结结构与单晶结型器件相似，异质结界面均为普通的平面接触，因此，分布在接触面附近的空间电荷区面积较小，对光生电子-空穴对的分离作用有限；

2.多晶薄膜内过高的晶界和缺陷密度严重阻碍了光生电子向导电基底或金属电极的扩散，使得大量光生电子-空穴对在尚未扩散至电极处时，即因为发生复合而损失掉；

3.多晶薄膜内所存在的大量缺陷作为光生电子-空穴对的复合中心也严重降低了光生载流子的寿命。

上述原因在很大程度上抑制了纳米多晶薄膜结型器件光电性能的提高。如果能够将纳米多晶薄膜的晶粒高度有序地排列起来，使其在薄膜内形成光生载流子传输的专用通道，同时通过优化结构设计最大限度地扩大异质结界面面积，那么势必会使薄膜中光生载流子在传输中受到的阻碍大幅降低，大幅提高光生电子-空穴对的分离效率，从而有望使纳米多晶薄膜的光电性能获得显著的提高，使其接近甚至达到单晶器件的水平。

就目前的研究成果来看，高度有序化的纳米晶粒结构，如纳米管阵列、纳米线阵列、光子晶体已成功应用于太阳能电池、气体传感器、光催化等领域的研究，并取得了不错的效果。《Chemistry of Materials》2010.22:143发表了C.K.Xu，P.H.Shin，L.L.Cao等合著的《Ordered TiO₂ nanotube arrays on transparentconductive oxide for dye-sensitized solar cells》，他们的研究结果证实，具有高度有序结构的纳米多晶薄膜比传统多晶薄膜的确能够获得令人惊喜的性能提高。然而需要注意的是，尽管有序化的纳米结构对光生载流子的传输速率有很大的提高，但其对光生电子-空穴对的分离却无直接作用。