[发明专利]基于单根孪晶结构GaN纳米线的紫外光电探测器及制备方法

说明书

本发明属于光电探测器领域，特别是指一种基于单根孪晶结构GaN纳米线的紫外光电探测器及其制备方法。该探测器自下而上依次为Si衬底、SiO₂绝缘层，绝缘层上的单根孪晶结构GaN纳米线，覆盖在单根孪晶结构GaN纳米线两端的金属电极。本发明中孪晶结构GaN纳米线具有很高的比表面积，并且孪晶结构可以有效实现光生载流子的分离以及快速输运，具有很高的光响应度、外量子效率和光电流增益。更重要的是，该紫外探测器对UV‑A波段的紫外光有着非常高的选择性。器件制作工艺简单、成本低、灵敏度高、性能稳定。

技术领域

本发明属于光电探测器领域，特别是指一种基于单根孪晶结构GaN纳米线的紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术

一维半导体纳米线由于其有着巨大的比表面积、较小的特征尺寸、超高的光吸收效率和优异的结晶质量，被认为是构筑高性能纳米光电器件最有前景的基本单元。一维半导体纳米线被广泛应用在太阳能电池、场效应晶体管、纳米发电机、光电探测器等众多领域。在这些半导体器件中，紫外光电探测器因为其在导弹追踪、二进制开关、安全通讯、火焰报警、环境污染检测、未来信息存储等重要技术领域的应用，受到了人们广泛的关注。

基于不同波长，紫外波段的光波可以进一步分为三个典型的光谱区：UV-A(400-320nm)，UV-B(320～280nm)和UV-C(280～200nm)。大部分的UV-B紫外光和所有的UV-C紫外光可以被平流臭氧层和遮光剂中的分子吸收。然而，UV-A紫外线则可以很容易的穿透臭氧层到达地球的表面。长时间暴露在UV-A射线中可能会导致人体提前衰老或者皮肤癌等各种健康疾病。因此，不仅有必要建立有效的策略去避免UV-A紫外线损伤，而且有必要制备高性能、高选择度的紫外光电探测器来监控UV-A紫外线。

作为第三代半导体材料的氮化镓(GaN)属于直接带隙半导体，因其物理化学性质稳定、电子饱和速度高、禁带宽度大、带隙可调、熔点高等优点，已经成为发光二极管、场效应晶体管和紫外光探测器领域的主流材料和研究热点。目前，GaN薄膜基紫外光电探测器已经产业化应用。然而，基于GaN纳米材料的紫外光电探测器还存在着制备复杂、波长选择度差、光响应度和外量子效率不高等缺点，难以产业化。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种成本低廉、UV-A紫外光波段选择度好、响应时间快、光响应度和外量子效率超高的基于单根孪晶结构GaN纳米线的紫外光探测器及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于单根孪晶结构GaN纳米线的紫外光电探测器，自下至上依次包括Si衬底(1)、SiO₂绝缘层(2)，SiO₂绝缘层(2)上设置单根孪晶结构GaN纳米线(3)、金属电极(4)，金属电极(4)分别覆盖在单根孪晶结构GaN纳米线(3)的两端，且形成欧姆接触。

所述的孪晶结构GaN纳米线(3)的晶体结构为孪晶，并且孪晶面平行于纳米线的轴向方向；所述的孪晶结构GaN纳米线(3)长度为100纳米至1毫米，直径为10纳米至10微米。

所述的金属电极(4)为Ag、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au；所述的金属电极(4)厚度为20至200纳米，金属电极(4)的间距为100纳米至1毫米。

所述的基于单根孪晶结构GaN纳米线的紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将用于生长GaN纳米线的基底依次置于丙酮溶液、酒精溶液和去离子水中超声清洗，每步清洗5～15分钟，清洗后用氮气吹干；

步骤2：利用沉积的方法在基底上沉积一层Au薄膜；