[发明专利]基于二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的紫外光探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于紫外光探测器领域，具体涉及一种基于二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的紫外 光探测器及其制备方法。

背景技术

紫外探测技术是近年来光电探测领域的研究热门之一。是继激光、红外以及可见光探测 以外的又一门新兴探测技术。紫外探测在军民两用领域有着广泛的需求背景，可应用于生物 与化学分析、工业检测、天文科学研究、发射器校准、火焰探测、光电对抗、紫外通信等多 个领域[龙维刚.全固态高灵敏紫外探测器技术的研究进展[J].半导体光电,2014,35(5).]。 它在军事、医疗、科研和其他工业领域得到广泛的应用。例如，紫外探测技术在医学、生物 学方面也有着广泛的应用，特别是近几年在皮肤病诊断方面有着独特的应用效果。利用紫外 探测技术在检测诊断皮肤病时可直接看到病变细节。也可用它来检测癌细胞、微生物、血色 素、红血球、白血球、细胞核等,这种检测不但迅速、准确,而且直观、清楚。[光电子技 术.2014.24(2):129-133.]。目前已投入商业和军事应用的紫外线探测器件主要以硅基紫外光电 管和紫外光电倍增管为主，它虽然有灵敏度高的优点，但是同样存在需附加滤光片、体积大、 易受损、需在较高电压较低温度下工作等缺点，这就大大制约了其进一步的应用。

固体紫外探测器又可以分为宽禁带紫外线探测器以及硅基紫外线探测器两类。硅基半导 体材料拥有比较成熟的制备技术，制备工艺相对比较完善，因此硅基材料己成为制作紫外探 测器最主要的材料。利用硅基半导体材料制造的硅基紫外探测器的体积一般较小，重量较轻， 并且无需复杂的电路，大大提高了紫外探测器的适用范围，但由于其大部分禁带宽度较窄， 除了吸收紫外光外还吸收可见光[FreseniusJAnalChem.2001.371(8):1070-1075]。与硅基半导 体相对应的还有一种宽禁带紫外探测器，该类传感器以半导体材料作为紫外光敏感材料，主 要利用只吸收紫外光的宽禁带材料的电子漂移饱和速度高、介电常数小、禁带宽度大等特点， 这些特点适用于制作高频、大功率、抗辐射的探测器，使宽禁带薄膜的紫外探测器也已迈上 了产业化道路。事实上，常规大小的二氧化钛薄膜虽然属于宽禁带的半导体，但是这种材料 在接受紫外线照射时，其吸收紫外线的能力相当低下，而处于纳米尺度下的二氧化钛薄膜则 完全不同，这种材料会展示出相当高的紫外线吸收能力[ShenH，ShanCX，LiBH，XuanB， ShenDZ.ApplPhysLett，2013，103:232112]。除此之外，这种纳米尺度的二氧化钛薄膜 耐用性很好、在制作时的工艺流程也相对简单。以上所列出的几点优势就使得纳米尺度的二 氧化钛薄膜非常有希望成为研制新型的宽禁带半导体紫外线探测器所急需的一种替换性材 料。

本发明中，我们利用钯膜的催化效应和二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的放大效应，开发 出了一种具有紫外光敏感特性的钯/二氧化钛纳米棒阵列/硅异质材料，可使二氧化钛对紫外光 敏感性大大提高。例如，二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结从无光向有光转换时，电流变化较大， 表现出了良好的紫外光敏感性；反向电压下，该异质结在不同紫外光功率下光电流变化明显， 且随着光功率的增大，光电流增大，当反向电压大于2伏特时，光电流趋于稳定；在反向电 压2伏特时，光电流与暗电流之比最大，响应时间和恢复时间均在～0.01秒；该异质结在365nm 紫外光下，光电流大于在其他波长单色光下的光电流，表现出较好的紫外敏感性；该异质结 在紫外光下的开关比为5700％，大于在其他波长单色光下的开关比，该器件表现出较好的紫 外探测性。

二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结利用二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的放大效应，提高了器 件的响应度，器件性能得到显著提高。因此，二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结在紫外光探测制 作方面显示出独特的应用前景。

发明内容

本发明目的是提供一种基于二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的紫外光探测器及其制备方 法。

本发明采用有二氧化硅覆盖的n型硅作为基底，以二氧化钛纳米棒阵列作为基体材料制 备紫外光探测器，利用了二氧化钛纳米棒与硅的异质结的放大效应。同时本发明采用的工艺 简单、室温条件探测并且与半导体平面工艺兼容、易于集成、适于大批量生产，因而具有重 要的应用价值。