[发明专利]一种具有纳米异质复合结构的紫外光探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳制造与光电子器件领域，更具体地，涉及一种紫外光探测器及其制备方法。

背景技术

紫外光探测技术是继红外探测与激光探测技术之后又一重要的军民两用光电探测技术，日益受到人们的重视。紫外探测器在军事上已广泛应用于紫外制导、紫外告警、紫外通讯、紫外对抗等，民用方面已应用于监测喷气发动机与汽车发动机尾气、矿井可燃气体、森林火灾预警、燃烧工程、水净化处理等领域。

早期的紫外探测器主要是硅基光电二极管，由于其工作需要加入昂贵的滤光片，且其抗高能辐射的能力较差，器件容易老化。此外，它工作时还需要制冷。这些硅基光电二极管无法克服的缺点，使得宽禁带半导体制作紫外探测器的研究越来越受到人们的重视。宽禁带半导体对可见光不响应，不需要滤光片，室温下就可以工作，同时还具有很好的抗辐射能力。

由于ZnO纳米线结合了纳米材料的优异特性和ZnO材料自身的优点，展现了极好紫外探测性能，其光电流增益可达到10⁵，近年来已成为紫外探测研究的焦点。然而ZnO纳米线依然存在一些缺陷，例如其表面存在大量空位陷阱态，可吸附氧气产生的氧负离子，形成表面耗尽层，当紫外光照射ZnO纳米线时所产生的电子空穴对的扩散会受到表面耗尽层的影响，导致光灵敏度降低，且载流子复合严重。此外ZnO难以承受酸碱腐蚀，因而在恶劣的工作环境中其工作稳定性和寿命受到严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有TiO₂/ZnO纳米异质复合结构的紫外光探测器及其制备方法，可以解决目前紫外光探测器的ZnO表面氧空穴陷阱态的影响，同时加快载流子分离减少复合，显著提高探测器的灵敏度和光电流增益以及化学稳定性。

按照本发明的一个方面，提供了一种具有TiO₂/ZnO纳米异质复合结构的紫外光探测器的制造方法。该方法包括：

在基底上镀上金属薄膜以形成叉指电极的步骤；

在上述器件表面镀上ZnO薄膜以覆盖所述叉指电极的步骤；

在ZnO薄膜表面生长ZnO纳米棒阵列的步骤；

ZnO纳米棒表面生长覆盖TiO2纳米结构的步骤。

作为进一步优选地，所述ZnO纳米棒通过水热法合成。

作为进一步优选地，所述ZnO纳米棒其直径为50～900nm，其高度为1～20μm。

作为进一步优选地，所述TiO2纳米结构通过磁控溅射、溶胶凝胶或原子层沉积工艺形成。

作为进一步优选地，所述TiO2纳米结构可以是纳米层、纳米片、纳米棒或纳米颗粒

作为进一步优选地，所述叉指电极的形成包括：（1）在基底薄片上上涂布光刻胶并通过光刻形成叉指电极形状；（2）通过镀膜工艺在器件表面镀上金属电极；（3）去除光刻胶，即可形成叉指电极。

作为进一步优选地，所述ZnO薄膜通过磁控溅射工艺镀在器件表面。

按照本发明的另一个方面，提供一种具有纳米异质复合结构的紫外光探测器，其通过ZnO纳米棒上生长的TiO₂形成TiO₂/ZnO纳米异质复合结构，该紫外光探测器包括：

叉指电极，其设置在基底上；

ZnO薄膜，其覆盖所述基底表面并包覆所述叉指电极；

ZnO纳米棒，其呈阵列生长在所述ZnO薄膜上；

其特征在于，所述ZnO纳米棒棒体表面覆盖有TiO₂纳米结构。

作为进一步优选地，所述基底可以是硅片、玻璃片、PET塑料或PDMS。

作为进一步优选地，叉指电极形状其叉指间距与宽度尺寸均介于2～20μm之间。

作为进一步优选地，金属电极其材料可以是金、铂、银或铜，所用镀膜工艺可以是磁控溅射、电子束蒸发等。

作为进一步优选地，所述ZnO薄膜其厚度为30～500nm。

作为进一步优选地，所述ZnO纳米棒其直径为50～900nm，其高度为1～20μm。

作为进一步优选地，所述TiO2纳米结构可以是纳米层、纳米片、纳米棒、纳米颗粒等。

本发明的紫外光探测器结构，其最底层为基底材料，如：硅片、玻璃、PET塑料等，其上方为交叉电极，电极材料可以是金、银、铂、铜等。基底和电极被一层ZnO薄膜覆盖。薄膜厚度约为30～500nm。ZnO薄膜上为ZnO纳米棒阵列，纳米棒表面为TiO₂的纳米结构。TiO₂纳米结构可以是各种形态，如：纳米层，纳米片，纳米颗粒，纳米棒等等。