[发明专利]一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法

说明书

本发明公开了一种可用于深紫外极弱光探测的高纯纳米结构ZnGa₂O₄的制备方法。ZnGa₂O₄带隙宽度为4.4‑4.7eV，具有优异的热学和化学稳定性、较高的电子迁移率，能承受较高电流冲击，可用于深紫外光电探测器、发光二极管、低电压发光。本发明采用液相激光烧蚀和溶剂热法相结合的方式，通过在液体介质中激光烧蚀高纯锌靶和氧化镓靶，获得高活性溶剂热前驱体，经过溶剂热法合成高纯纳米结构ZnGa₂O₄。本发明所采用方法与现有ZnGa₂O₄纳米材料制备方法相比，具有产物高纯度、单一相结构、结晶性良好、尺寸均一、形貌可控、制备简单、实验环境温和、反应时间短等优点；制备的ZnGa₂O₄纳米材料可用于组装成深紫外光电探测器，并可实现对极弱光高灵敏、快响应、耐高压探测。

技术领域

本发明涉及金属氧化物半导体纳米材料制备技术领域，特别是一种可应用于深紫外光电探测器、显示器发光和光催化等领域的高纯纳米结构ZnGa₂O₄的制备方法。

背景技术

在过去的几十年中，形形色色的光电子器件被应用于人类的生活当中。光电探测器作为最重要的器件之一，是导弹校准、空间光通信和生物传感器等领域最重要的核心。与相对成熟的可见光和红外光电探测器相比，紫外光电探测器的研究还处于起步阶段。紫外光电探测作为导弹跟踪、紫外通讯、环境监测以及生物医学检测等领域的关键性技术已经受到广泛重视，其中深紫外光电探测器工作时能避免太阳光辐射干扰显得尤为重要。目前紫外光探测器主要使用的是真空光电倍增管，但是其体积大、易碎、功耗大、虚警率高，在实际应用中同时存在探测灵敏度和光电转换效率低等问题，难以实现真正的日盲，严重制约了其在该领域的发展。此外，实际探测的紫外光通常光信号极弱，难以对其进行高灵敏探测，因而发展可对极弱光探测的紫外光电探测器是目前面临的难题。

迄今为止，各种二元金属氧化物(如ZnO、SnO₂、TiO₂等)已经被用于制造紫外光电探测器，但由于带隙较窄只能在中紫外(280-320nm)和浅紫外(320-400nm)区域中工作。目前，用于深紫外光电探测器的主要材料是宽带隙半导体，如Ga₂O₃、AlGaN、 ZnMgO和金刚石。然而，基于Ga₂O₃纳米结构的光探测器由于严重的持续光电导，导致响应速度低，特别是下降速度慢；AlGaN制造工艺复杂昂贵，并且由于与衬底晶格失配，难以制备低缺陷高Al组分的高结晶度材料；ZnMgO在带隙调整到4.5eV以上时无法保持单纤锌矿相而造成相分离；金刚石薄膜则对深紫外光源的灵敏度较低。这些传统的宽禁带半导体材料难以满足对深紫外极弱光的探测，因此需要发展一种方法，制备出具有深紫外极弱光光响应的宽带隙半导体材料。三元金属氧化物具有宽带隙、高介电常数和良好导电性等特点，是一类重要的功能材料。其带隙可以通过改变组成和相结构来展宽，相比于二元金属氧化物具备更优异的深紫外探测性能。其中ZnGa₂O₄带隙宽度为 4.4-4.7eV，具有优越的热学和化学稳定性，能承受较高的电流冲击，具有较高的电子迁移率，从而能代替硫化物在发光二极管、光电探测器、低电压发光材料中使用。