[发明专利]一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法及其用途，其在含有氧化硅层的硅片基底上用电子束蒸发沉积图形化ZnS薄膜，然后，将图形化ZnS薄膜在空气中500‑510℃氧化2‑2.5h，使其变成图形化的ZnO薄膜，将其作为制备竖直ZnO纳米棒阵列的种子层；在所得的图形化的ZnO薄膜种子层上使用光刻技术固定电极图形，在种子层上沉积Cr和Au作为源漏极，将所得带有电极的图形化ZnO种子层的基底，正面朝下，悬浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的混合制备的生长液中，加热，保温适当时间后，所得样品用去离子水冲洗，即为光探测器。

技术领域

本发明涉及光探测领域，确切地说是一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法及其用途。

背景技术

具有特定成分的一维纳米材料被广泛用来提高光探测器性能，同时也可以用来实现器件的微型化。根据光探测器的工作模式，可将其分为两类：光电导探测器和光电二极管。就光电导探测器而言，吸收一个能量大于带隙能量的光子，就可以产生一对电子-空穴对，并以此来改变光敏材料的电导。一般来说，载流子迁移率高的材料有助于获得高响应度的光电导探测器，因为光生载流子可以在外电路中循环很多次。矛盾地是，由于它的载流子浓度高，必然会导致较大的暗电流以及较小的开关比，从而限制了包括信噪比和灵敏度在内的器件性能的提高。更糟糕的是，这个光电导器件的吸光层和沟道面积是一样的，也就是说，这个器件的吸光层和沟道形成了一个不可分割的整体。因此，通过减小沟道面积去抑制暗电流且保持大的光电流或者是通过增大光吸收层的面积去提高光电流且保持低的暗电流的想法是不可能实现的。

实现光探测器在图像传感器等各种技术上的应用的前提是器件产率达到100%且性能均一的光探测器阵列的集成。有实验室把随机分散的纳米线组装成具有特定取向水平纳米线阵列，实现了基于纳米线水平阵列的图像传感器的构筑。然而，器件产率只有80%，并且器件的性能差异达到了两个数量级，从而阻碍了这种基于水平纳米线阵列的图像传感器的进一步应用。同时，这种组装过程不可避免地限制了基于一维纳米结构的大面积图像传感器的构筑。最近，有课题组通过精确的使用基于单根纳米棒的器件作为一个像素，制备出了基于ZnO竖直纳米棒阵列的图像传感器，其中器件产率达到100%，而且器件的性能均一性较好。然而，这种方法需要依靠电子束曝光系统，进而不能实现的大规模图像传感器的低成本构筑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法及其用途。

上述目的通过以下方案实现：

一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

(1）在含有氧化硅层的硅片基底上用电子束蒸发沉积图形化ZnS薄膜，然后，将图形化ZnS薄膜在空气中500-510 ℃氧化2 -2.5h，使其变成图形化的ZnO薄膜，将其作为制备竖直ZnO纳米棒阵列的种子层；

(2) 在步骤（1）所得的图形化的ZnO薄膜种子层上使用光刻技术固定电极图形，在种子层上沉积Cr和Au作为源漏极，将所得带有电极的图形化ZnO种子层的基底，正面朝下，悬浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的混合制备的生长液中，加热到90-95℃，保温3.5-4.5h后，所得样品用去离子水冲洗，即得带有Au/Cr电极的竖直ZnO纳米棒阵列，即为光探测器。

所述的一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：所述的硅片基底含有300 nm 氧化硅层。

所述的一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：所述的图形化ZnS薄膜为厚度10 nm、尺寸为20 × 20 μm的图形化ZnS薄膜。

所述的一种基于ZnO竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：步骤（1）中电子束蒸发沉积所用靶材是纯度为99.99%和尺寸为毫米级的ZnS晶体。