[发明专利]一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于光探测技术领域，具体涉及一种自驱动光电探测器，该光电探测器由上至下依次包括金属In点电极、金属Pd顶电极、掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层、p型单晶硅基底和金属In底电极，其中p型单晶硅层与掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层构成异质结。掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层是利用磁控溅射法和水热法制备的。测试结果显示，所制备的器件可以实现对从紫外到近红外波长范围内光的自驱动光电探测，且具有良好的稳定性和重复性等优点。

技术领域

本发明属于光探测技术领域，具体涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器通过光电效应将光信号转换为电信号。基于异质结的自驱动光电探测器，不仅能够对入射光产生响应，还能够吸收入射光为自身工作提供能量，由于其重量轻、适用于极端环境、无需外部电源工作等优点，在环境检测、红外成像、图像传感和远程控制等方面具有重要的应用价值，有利于促进光电探测器向微型化、智能化、节能化方向转变，拓展了光电探测器在实际生活中的应用。[Adv.Mater.2018,30,1706262]开发高性能、成本低的自驱动光电探测器具有重要的意义。

宽禁带的金属氧化物纳米结构在窄带隙半导体硅(1.1eV)上的集成以独特的物理特性在新一代电子与光电元件上有巨大的应用前景。氧化锌(ZnO)是一种直接带隙的无毒半导体，具有很高的化学稳定性和耐高温性质，但是利用水热法制备的氧化锌纳米棒阵列中存在大量的氧空位，不利于载流子的传输。[J.Mater.Chem.C,2019,7,5172--5183]因此，减少氧化锌纳米棒中氧空位的数量，将对于氧化锌纳米棒阵列/硅异质结光响应性能的提高的有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器及该探测器的制备方法。

本发明为实现上述目的所要解决的技术问题是，通过磁控溅射、水热法在单晶硅基底上制备氮掺杂氧化锌纳米棒阵列薄膜层；即通过磁控溅射、水热法获得氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器，其特征在于：电探测器由上至下依次包括金属In点电极、金属Pd顶电极、掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层、p型单晶硅基底和金属In底电极，其中p型单晶硅层与掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜层构成异质结；其中掺杂氮的氧化锌纳米棒阵列薄膜的厚度为300～900纳米，优选700纳米，金属层的厚度为5～15纳米，优选10纳米。

一种基于氮掺杂氧化锌纳米棒阵列/硅异质结的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)选取p型硅基底，清洗去除表面污染物并进行干燥；

(2)将干燥完成的硅基底放入真空腔，采用射频磁控溅射技术，在氩气环境下，利用电离出的氩离子轰击氧化锌靶材，在硅基底表面沉积氧化锌薄膜层；所述氧化锌靶材为99.9％纯度的氧化锌陶瓷靶，所述氩气气压维持1.2帕斯卡不变，靶基距为40～60毫米，薄膜的沉积温度为20～25摄氏度，薄膜层厚度为40～100纳米；

(3)将步骤(2)中获得的样品放入管式电阻炉，在温度为300～400摄氏度下空气气氛中热处理，温度上升速率为2摄氏度每分钟，至300～400摄氏度时保持60～180分钟，然后自然冷却至室温；

(4)将0.3～0.5克六水合硝酸锌、0.15～0.25克乌洛托品和0.5～1毫升25％的氨水溶解于60～70毫升蒸馏水水中，充分搅拌5～10分钟，所得生长液倒入80～100毫升带有特氟龙内衬的高温反应釜中，将步骤(3)得到的样品放入溶液中，在80～100摄氏度环境下反应1～2小时，从溶液中取出后将样品用无水乙醇洗涤并充分干燥；