[发明专利]一种基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器

说明书

本发明提供一种基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器，包括生长在衬底上的氧化镓纳米柱阵列光阳极，所述的氧化镓纳米柱阵列是在透明导电衬底上生长的α相或β相氧化镓纳米柱阵列。本发明还提出所述光电化学型日盲紫外探测器的制备方法。本发明提出的光电化学型日盲紫外探测器，其中的氧化镓纳米柱阵列沿着透明导电电极衬底定向生长，其形貌、尺寸均匀，且具有较大的比表面积，与电解液形成的界面接触多，有利于光生载流子的分离和传输。本发明所制备的氧化镓纳米柱阵列光电化学型日盲紫外探测器在一定功率的紫外光照射下，无需外加电源偏压即可工作，可以减少能源的消耗。

技术领域

本发明属于光电转换技术领域，具体涉及一种基于氧化镓纳米材料的日盲紫外探测器。

背景技术

紫外线是原子的内层电子受激发后所产生的，其波长范围在200～400nm。由于臭氧层的强烈吸收，波长在280nm以下的紫外线几乎不能照射到地球表面，因此对于200～280nm波段的紫外光，人们称之为日盲紫外。由于没有来自太阳的背景辐照干扰，日盲型紫外探测器具有背景噪声小，可以全天候工作等优点，其在国防预警与跟踪、生命科学、高压线电晕、环境监测、火焰探测等领域具有广泛的应用。

与日盲紫外探测器中研究比较多的ZnO、GaN、金刚石基材料相比，氧化镓基材料拥有合适的带隙，且抗辐射能力强，具有良好的化学稳定性和热稳定性等特点，是一种理想的日盲紫外探测器材料。

目前，关于氧化镓基紫外探测器的结构主要有光电导型、肖特基结型、pn结型。光电导型探测器需要外加工作电压，且光响应速度慢；肖特基结型和pn结型探测器在结的构筑过程中制作复杂、成本高。而光电化学型日盲紫外探测器具有制备简单、成本低等优点。

光电化学型紫外探测器中光阳极的纳米结构有纳米颗粒、纳米片、纳米线、纳米棒阵列等已经被广泛的研究。其中纳米棒阵列不仅具有较大的比表面积，能和电解液形成较大的界面接触，还可以使电子空穴对定向传输。

针对以上研究背景，本发明采用水热法和高温退火制备了氧化镓纳米柱阵列光阳极，然后与铂片对电极、硫酸钠电解液和石英电解槽组成氧化镓光电化学型紫外探测器，对254nm波长的日盲紫外光具有光敏特性。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明目的是提供一种响应时间短、灵敏度高、制备简单、可在0V偏压下工作的基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器。

本发明的另一个目的是提出所述光电化学型日盲紫外探测器的制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器，包括生长在衬底上的氧化镓纳米柱阵列光阳极，所述的氧化镓纳米柱阵列是在透明导电衬底上生长的α相或β相氧化镓纳米柱阵列。

其中，所述透明导电衬底为掺氟的SnO₂透明导电FTO衬底、掺铟的SnO₂透明导电ITO电极、掺铝的ZnO透明导电AZO电极中的一种，衬底的透明导电薄膜厚度为300～400nm，透光率85～95％。

其中，所述的氧化镓纳米柱的横截面为四边形或近似四边形，纳米柱高为1～2μm，横截面对角线长度为80～500nm。

所述的基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器，还包括阴极、电解液和光学窗口，所述氧化镓纳米柱阵列光阳极与光学窗口相对，阳极和阴极之间放置所述电解液。

所述阴极可以为铂电极、金电极、银电极中的一种。

进一步地，所述的基于氧化镓纳米柱阵列的光电化学型日盲紫外探测器，在254nm波长光照下、工作电压为0伏时，所述光电化学型日盲紫外探测器的光电流密度为1.0～11μA/cm²。