[发明专利]基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于垂直导电方向的TiO₂-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：从下至上依次由衬底、采用溶胶-凝胶法在衬底上制备的纳米TiO₂薄膜、采用蒸镀法在纳米TiO₂薄膜上制备的一对Au引线点、采用蒸镀法及控制氧化法在纳米TiO₂薄膜表面和Au引线点上制备的Au/Ni叉指电极、采用蒸镀法及控制氧化法在TiO₂薄膜表面和Au/Ni叉指电极上制备的NiO薄膜构成，其中NiO薄膜的厚度为20～60nm。

2.如权利要求1所述的一种基于垂直导电方向的TiO₂-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：衬底的厚度为0.5～1.5mm，纳米TiO₂薄膜的厚度为40～60nm，Au引线点的厚度为20～30nm，每个面积为0.04～0.06mm²，Au/Ni叉指电极的厚度为15～25nm，电极长度、电极间距、电极宽度分别为0.8～1.2mm、10～30μm、10～30μm。

3.如权利要求1所述的一种基于垂直导电方向的TiO₂-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：衬底为铝酸镧片、钛酸锶片或氟化钙片。

4.权利要求1所述的一种基于垂直导电方向的TiO₂-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器的制备方法，其步骤如下：

(1)清洗衬底

通过超声清洗法，将衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～15分钟，然后烘干；

(2)制备TiO₂薄膜

用旋涂的方法在衬底表面形成TiO₂溶胶薄膜，旋涂转速为1500～3000转/分钟，旋涂时间为20～30秒；然后于80～120℃条件下烘干10～15分钟，衬底冷却至室温后重复旋涂和烘干步骤2～5次，最后将TiO₂溶胶薄膜连同衬底高温烧结，烧结温度为450～650℃，烧结时间为1～3小时，最终在衬底表面得到纳米TiO₂薄膜；

(3)制备Au引线点

利用带有引线点镂空图形的模板，采用高温蒸镀法在TiO₂薄膜表面制备一对Au引线点；模板上的镂空图形为两个对称设置的正方形，每个的面积为0.04～0.06mm²，两个正方形相邻两边的间隔为1.2～1.6mm；在TiO₂表面制得的Au引线点与模板上镂空图形一致，蒸镀Au引线点的厚度为20～30nm；

(4)制备Ni薄膜

在TiO₂薄膜表面通过高温蒸镀法制备金属Ni薄膜，Ni薄膜覆盖一部分Au引线点，Ni薄膜的厚度为20～60nm；

(5)制备叉指状超薄Au层

首先在Ni薄膜表面旋涂一层厚度为0.5～1μm的正型光刻胶薄膜，旋涂转速为800～1500转/分，旋涂时间为20～30秒，再于80～100℃温度下前烘10～20分钟；将与Au叉指电极结构互补的光刻掩膜板放在光刻胶薄膜上，经过紫外曝光并显影，然后100～120℃后烘处理10～20分钟，得到具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜，叉指窗口内露出Ni薄膜；再采用高温蒸镀法在该具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜上制备超薄Au层，厚度为4～8nm，然后将衬底放入丙酮中超声10～20秒进行剥离处理，未曝光的光刻胶连同其上的Au层被剥离，洗去丙酮并吹干，留下叉指状超薄Au层；

(6)制备NiO薄膜和Au/Ni电极

将基片放入管式炉中，通入氧气流量为30～50sccm，400～600℃退火5～15分钟，在空气中自然冷却至室温；无Au层覆盖的Ni薄膜全部被氧化成NiO，有叉指状超薄Au层覆盖的Ni薄膜，Ni氧化速度较慢，氧化后生成的NiO从不成膜Au层的间隙中渗出并在Au层表面形成NiO薄膜；控制氧化反应时间为5～15分钟，使Au层下的Ni薄膜不完全被氧化，剩余的Ni与Au共同组成叉指Au/Ni电极，最终得到基于垂直导电方向的TiO₂-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器。

5.如权利要求4所述的一种基于垂直导电方向的TiO₂-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器的制备方法，其特征在于：是在室温条件下，向60～100mL无水乙醇中依次加入5～10mL钛酸四丁酯、5～10mL冰醋酸、5～10mL乙酰丙酮和5～10mL去离子水并持续搅拌，直至得到黄色透明胶体，静置陈化12～15小时，得到TiO₂溶胶。