[發明專利]肖特基接觸型ZnO納米陣列紫外光探測器件的制備方法

無效

• 申請號: 201110004415.2
• 申請日: 2011-01-10
• 公開（公告）號: CN102142482A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 張躍;林偉花;閆小琴;張曉梅;秦子;張錚
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/108;H01L31/0224;B81C1/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬于納米材料和納米功能器件制備技術領域，特別是提供了一種肖特基接觸型ZnO納米陣列紫外光探測器件的制備方法。該種方法構建出的紫外光探測器件紫外光可以從背面入射，結構簡單，成本低廉，性能穩定。

背景技術

紫外光探測器由于在國防、紫外天文學、環境監測、火災探測、渦輪引擎燃燒效率監測、可燃氣體成分分析和生物細胞癌變檢測等方面有著廣闊的應用前景，具有極高的軍事和民用價值，是近年來國際上光電探測領域的熱點之一。半導體紫外探測器由于具有體積小、光譜響應范圍寬、量子效率高、動態工作范圍寬和背景噪聲小的優點，在紫外探測器市場中占有的份額越來越大。

ZnO是寬禁帶直接帶隙半導體材料，并且具有生長溫度低、激子復合能量高（60?meV）、電子誘生缺陷較低、閾值電壓低等優點，因此在紫外光探測器件方面具有巨大潛力，而且相比較Si和GaN基探測器件具有明顯優勢。傳統Si基探測器的發展已有很長時間，但需要附加笨重的濾波器去掉可見光背景干擾，且無法勝任高溫和腐蝕性環境。ZnO禁帶寬度（3.37?eV）是Si的3倍，在可見光和紅外范圍沒有響應（長波截止波長為365?nm），這對在紅外和可見光背景下探測紫外光具有特殊意義，而且其熱穩定性、化學穩定性好。比較寬禁帶材料GaN基紫外光探測器，ZnO不需要昂貴的外延生長方法，而且易于找到晶格匹配的襯底材料，這有利于降低制備ZnO的成本，提高產品質量，也易于制作高性能的紫外光探測器件。

目前，關于ZnO基紫外光探測器的報道主要分為兩類：MSM結構和p-n結。由于制備穩定的p型ZnO比較困難，阻礙了p-n結光電器件發展。對紫外探測器件而言,?MSM結構探測器件不需要進行p型摻雜，結構簡單，造價低，易于集成，并且具有高靈敏度和高響應度等特點而受到青睞。而MSM結構又包括歐姆接觸型和肖特基接觸型兩種探測器，其中肖特基接觸型探測器，光電響應性能更好，所以現在大部分研究工作集中在這一方面。早期基于ZnO的紫外光探測器件主要應用的是ZnO薄膜，但近幾年，人們開始利用ZnO納米陣列來構建高靈敏度的紫外光探測器件。一維ZnO納米陣列具有結構機制簡單、生長成本低廉、納米結構可控、比表面積大、吸光性能好等優點,?例如文獻（Z?L?Wang?and?J?H?Song,?Piezoelectric?Nanogenerators?Based?on?Zinc?Oxide?Nanowire?Arrays.?Science,?2006,?312:?242-246和A?Bera?and?D?Basak,?Carrier?relaxation?through?two-electron?process?during?photoconduction?in?highly?UV?sensitive?quasi-one-dimensional?ZnO?nanowires,?Appl.Phys.Lett.?2008,?93,?053102）所介紹的。然而，在ZnO納米陣列紫外探測器領域仍有很多問題有待進一步研究，例如可靠性和重復性好、無催化劑的低溫合成方法，ZnO納米陣列紫外光探測器件的簡單穩定的原理性設計、組裝、測控技術及機理分析等。

針對以上研究背景，采用水熱法合成了在低溫和無催化劑的條件下可控、可靠、高質量的ZnO納米陣列；并利用生長優良的ZnO納米陣列組裝出肖特基接觸型紫外光探測器，對其在兩種波長紫外光（365?nm和254?nm）照射下的響應性能進行了測試作出相應的機理分析。對于測試結果的機理分析至今未見報道。

發明內容

迄今為止，關于ZnO納米陣列紫外光探測器件，對其高質量制備一維ZnO納米陣列的方法，器件簡單穩定的構建過程，以及對器件在不同紫外光照射下的響應性能分析的研究并不多。本方法實現了高質量一維ZnO納米陣列的可控制備、探測器件的簡單可靠構建及光電響應性能的靈敏穩定。我們發明的目的是降低ZnO納米陣列紫外光探測器件的制造成本，提高器件的響應性能，為器件以后的實際應用奠定實驗和理論基礎。

本發明的技術方案是：一種肖特基接觸型ZnO納米陣列紫外光探測器件的制備方法，具體包括以下工藝步驟：

步驟1.制備一維ZnO納米陣列：

首先在FTO透明導電玻璃上旋涂濃度為0.25~0.5?M的晶種液，接著放入電爐中350~400℃燒結30~60分鐘，冷卻后放入濃度為0.05?M的生長液中90~95℃生長20~24小時，得到長度為2~3?um排列整齊的一維ZnO納米陣列，備用；