[發明專利]用于紫外探測的納米晶薄膜器件的制備方法

無效

• 申請號: 200810060888.2
• 申請日: 2008-03-25
• 公開（公告）號: CN101257065A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 金一政
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及用于紫外探測的納米晶薄膜器件的制備方法，尤其是用溶液工藝制備用于紫外探測的納米晶薄膜器件的方法。

背景技術

紫外探測器指探測紫外光，即波長在400到10nm之間的電磁波的存在和強度的器件。紫外光在自然界和生產生活中廣泛存在，與許多物質都有相互作用。從弱光源條件下的火災報警，到航空遙感監測空氣污染和高能物理研究中的空間探測；從有機聚合物的光致改性，到水源或空氣的凈化消毒和醫學上的細胞檢測、疾病診斷；從衛星紫外通訊，到軍事上的光電對抗和紅外/紫外雙波段制導，紫外光都倍受青睞。作為一種在科研、軍事、太空、環保、醫學和許多工業領域均有廣泛用途的探測技術，人們對紫外探測技術和器件的需求日益增長。

當前一種主流的紫外探測器是基于半導體的光電導現象，即半導體吸收能量大于其帶隙寬度的光子后，將電子從禁帶激發到導帶，增加了半導體的載流子濃度，從而增大了半導體的電導率。現在國際上光電導型的紫外探測器主要有硅基增強型紫外探測器和寬禁帶半導體(GaN、SiC、ZnO、金剛石等)紫外探測器。它們都是基于傳統氣相高溫晶體生長的半導體薄膜制備技術，需要復雜的薄膜制備真空設備和晶格匹配的單晶襯底，因而存在工藝復雜、成本昂貴、無法制備大面積器件等缺點。例如，生長高質量的ZnO薄膜需要昂貴的藍寶石或ZnO單晶襯底，這極大地提高了器件成本，限制了ZnO基紫外探測器的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于紫外探測的納米晶薄膜器件的制備方法，以簡化工藝，降低成本，制備可彎曲的“柔性”器件，推動紫外探測光電器件的廣泛應用。

本發明的用于紫外探測的納米晶薄膜器件的制備方法，包括以下步驟：

1)將可溶性半導體納米晶材料溶于溶劑，配制質量濃度為2-200mg/ml的納米晶溶液；

2)采用旋涂法或噴墨打印法將納米晶溶液加工在襯底上，形成均勻的納米晶薄膜；

3)將納米晶薄膜在100-350℃溫度下退火處理10-60分鐘，然后在納米晶薄膜上蒸鍍電極。

本發明中，所說的半導體納米晶材料可以是半導體納米晶材料是ZnO納米晶、摻Mg的ZnO納米晶、或摻Al的ZnO納米晶。

所說的溶劑可以是氯仿、苯、四氫呋喃或氯苯。

所說的襯底可以采用Si、SiO₂/Si、玻璃、ITO玻璃、石英等無機襯底，或采用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等塑料襯底。

所說的電極可以是Au、Ag、Al、Cu、In、Cr或ITO，通常，選取電極的厚度為30-200nm。

本發明中，納米晶薄膜的厚度一般在0.01-100μm。

本發明的有益效果在于：

1.采用旋涂法或噴墨打印手段將半導體納米晶溶液直接加工在襯底上，與傳統氣相高溫生長半導體薄膜紫外探測器相比，本發明無需真空設備，成膜溫度低、制備工藝簡單，因而具有在大規模生產中的成本優勢；對襯底無嚴格要求，可選擇無機襯底，制備大面積的器件。或者選擇塑料襯底，制備可彎曲的“柔性”器件。本發明有利于大幅度降低紫外探測光電器件的成本，可開發大尺寸器件/可彎曲的“柔性器件”。

2.由于納米晶相對體材料具有超大的比表面積，在ZnO基納米晶薄膜中載流子的傳導主要由空氣中的氧氣或水分子在納米晶表面吸附所帶來的表面態變化所控制。具體即在暗處，氣體分子和本征n型ZnO中的自由電子結合，在晶體表面束縛了大量自由電子[O₂(氣體)+e^-(電子)→O₂^-(被吸附的分子)]，阻止電極向薄膜的載流子注入，抑制了暗電流。而在紫外光激發下產生光生載流子，其中光生空穴抵消了晶體表面束縛電子的影響，使氣體分子從晶體表面脫附[h⁺(空穴)+O₂^-(被吸附的分子)→O₂(氣體)]；同時光生電子則可以在器件中傳導，形成光電流。由于納米晶所具有的超大比表面積，這種吸附/脫附過程被急劇放大，從而使器件具有暗電流低，靈敏度高等特點。

附圖說明

圖1是用于紫外探測的ZnO納米晶薄膜器件的測試結果，其中，圖a)中虛線為光電流、實線為暗電流，外加紫外光強度為0.83mW/cm²；圖b)為光電流-370nm激發光強度對應譜(120V偏壓)；圖c)為光電流-時間分辨譜，激發光為25.5秒的370nm紫外光脈沖(120V偏壓)。