[发明专利]一种石墨烯-ZnO复合材料及其制备方法和紫外探测器

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑ZnO复合材料及其制备方法和紫外探测器，该石墨烯‑ZnO复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)采用射频等离子体增强化学气相沉积法在衬底上得到垂直的石墨烯薄片，所述衬底采用泡沫镍；(2)采用电化学沉积法在所述垂直的石墨烯薄片间横向生长ZnO纳米线。本发明得到的石墨烯‑ZnO复合材料具有较高的比表面积，应用于紫外探测器中时，有效提高了紫外探测器器件中光敏层的表面积(即实际感光面积)和光生电子利用效率，以及使基于石墨烯‑ZnO复合材料的紫外探测器具有更高的电学性能和稳定性，且导热能力增加。

技术领域

本发明涉及紫外探测器技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯-ZnO复合材料及其制备方法和紫外探测器。

背景技术

基于宽带隙半导体纳米材料的紫外探测器由于具有更低的功耗、更高的量子效率、更轻的重量以及便于集成制备的优点，是近年来光电探测器研究领域的热点问题。目前，采用ZnO作为重要的宽带隙半导体材料，ZnO具有较高的化学稳定性及热稳定性，激子束缚能大(60meV)，熔点高，对紫外光非常敏感的特点，因此，开展ZnO纳米结构作为光敏层的紫外线探测器具有巨大的应用前景。

基于ZnO纳米材料的紫外探测器器件工作原理如下：当紫外光照射时，光线被ZnO吸收，并在ZnO中产生电子空穴对，光生载流子在外加偏压的作用下分离成电子和空穴，并流向两端电极，形成电流，达到对紫外光的探测效果。

然而，此类ZnO纳米材料的探测器存在高电子空穴复合率，比表面积受限制较低及不抗光腐蚀性等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种石墨烯-ZnO复合材料及其制备方法和非固体电解质钽电容器，更好地克服了上述现有技术客观存在的问题和缺陷，通过采用射频等离子体增强化学气相沉积法在衬底上得到垂直的石墨烯薄片，具有低反射率和高吸收率，然后采用电化学沉积法在垂直的石墨烯薄片间横向生长ZnO纳米线，使得到的ZnO纳米线具有较高的比表面积，应用于紫外探测器中时，有效提高了紫外探测器器件中光敏层的表面积(即实际感光面积)以及光生电子利用效率，从而提高紫外光的感测吸收，增加光子捕获，并因此提高量子效率，使得紫外探测器器件效率及灵敏度的提高；此外，由于石墨烯材料相比ITO，电导率及导热系数都大幅增加，因此，基于石墨烯-ZnO复合材料的紫外探测器具有更高的电学性能和稳定性，且导热能力增加。

一种石墨烯-ZnO复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用射频等离子体增强化学气相沉积法在衬底上得到垂直的石墨烯薄片，所述衬底采用泡沫镍；

(2)采用电化学沉积法在所述垂直的石墨烯薄片间横向生长ZnO纳米线。

进一步地，步骤(1)中，所述采用射频等离子体增强化学气相沉积法在衬底上垂直生长石墨烯薄片的过程包括：将衬底放入射频等离子体增强化学气相沉积设备的反应室内具有电阻加热能力的样品台上，先通入氩气，保持反应室内的气体压强为1Torr，以20～25℃/min的升温速率将衬底升温至600～1100℃；然后将甲烷与氢气通入反应室内，当反应室内的气体压强为10Torr时，将频射功率设定为800～1000W，沉积10～80min后，在衬底上得到垂直的石墨烯薄片。

进一步地，在步骤(1)之前还包括：采用氧等离子体清洗射频等离子体增强化学气相沉积设备的反应室；所述清洗过程中：样品台温度为700～800℃，氧等离子体功率为800～1000W；所述清洗时间为80～100min。

进一步地，在步骤(1)之前还包括：将衬底浸于异丙醇或丙酮溶液中超声清洗，然后用去离子水冲洗，再用氮气干燥。

进一步地，步骤(1)中，所述甲烷的流量为1～30sccm；所述氢气的流量为20sccm。

进一步地，步骤(1)中，沉积结束后，使反应室在氩气气氛下冷却至室温，再将反应室放空取出生长有垂直的石墨烯薄片的衬底。