[發明專利]基于ZnO納米棒/Si異質結的自驅動光電探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201811254652.2
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109360862B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 凌翠翠;郭天超;祝磊;李小芳;薛慶忠;侯志棟
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H01L31/0328
• 分類號: H01L31/0328;H01L31/10;H01L31/18
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• 代理人: 暫無信息

本發明屬于光探測技術領域，具體涉及一種自驅動光電探測器，該自驅動光電探測器，由上至下依次包括金屬In點電極、金屬Pd前電極、表面修飾有ZIF?8的ZnO納米棒薄膜層、Si單晶基底和金屬In背電極。表面修飾有ZIF?8的ZnO納米棒薄膜層是利用磁控濺射、水熱法、氫氣退火處理等方法制備的。測試結果顯示，所制備薄膜器件表現出良好的自驅動光探測性能，具有性能穩定等優點。

技術領域

本發明屬于光探測技術領域，具體涉及一種自驅動光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器是指一種能將光信號轉變為電信號的電子器件。光電探測器已被廣泛地應用于生物成像、無損檢測、通訊、環境監測等領域。但是目前報道的大部分光電探測器需要電源驅動，這嚴重阻礙了光電探測器在實際生活中的應用。[Small,2017,13(45):1701687] 因此，開發自驅動光電探測器具有重要的意義。

氧化鋅(ZnO)是一種無毒、直接帶隙的半導體，其結晶溫度較低、易刻蝕、加工方便，且具有很高的化學穩定性和耐高溫性質，使得其在發光二極管、激光器、光電探測器等領域有著非常廣泛的應用。另外，由于平面薄膜結構會帶來不必要的光反射，不利于光電探測器性能的提高，因此具有優異光吸收特性的ZnO納米棒陣列已受到越來越多的關注。[Journal of Materials Chemistry C,2018,6,7077-7084]但是利用水熱方法制備的ZnO納米棒陣列中存在許多缺陷，不利于載流子的傳輸；而對ZnO進行氫氣退火處理可以有效改變ZnO納米棒陣列中的缺陷種類，提高光電探測器性能。[Thin Solid Films,2017,628:101-106]盡管如此，氫氣退火處理同時又會引入很多表面缺陷，影響光電探測器性能的進一步提高。 [Current Applied Physics,2012,12:S164-S167]ZIF-8，作為一種金屬有機框架材料，可以原位生長于ZnO納米棒表面，并且在其生長過程中可以有效減少ZnO納米棒表面的缺陷 [Advanced Energy Materials,2018:1800101]，因此可以進一步提高光電探測器的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于ZnO納米棒/Si異質結的自驅動光電探測器及其制備方法，可以解決目前ZnO納米棒基自驅動光電探測器的性能一般的問題。

本發明為實現上述目的所要解決的技術問題是，通過磁控濺射、水熱法、氫氣退火處理等方法，提高光電探測器的性能；即通過磁控濺射、水熱法和氫氣退火處理方法在硅基底表面制備表面修飾有ZIF-8的ZnO納米棒薄膜層，以獲得具有優異性能的自驅動光電探測器。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是，一種基于ZnO納米棒/Si異質結的自驅動光電探測器，其特征在于，為層狀結構，由上至下依次包括金屬In點電極、金屬Pd前電極、表面修飾有ZIF-8的ZnO納米棒薄膜層、Si單晶基底和金屬In背電極；其中：

優選的，所述Si單晶基底是單面拋光，晶面取向為(100)面，導電類型為p型，電阻率為0.1～1歐姆·厘米；

一種基于ZnO納米棒/Si異質結的自驅動光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取Si基底，對其進行清洗；

(2)對清洗完成后的Si基底進行干燥；

(3)將干燥完成的Si基底放入真空腔，在氬氣環境下，采用射頻磁控濺射技術，利用電離出的氬離子轟擊ZnO靶材，在Si基底表面沉積ZnO薄膜層；所述ZnO靶材為ZnO陶瓷靶，靶材純度為99.9％，所述氬氣氣壓維持1.2帕斯卡不變，靶基距為50毫米，薄膜的沉積溫度為20～25攝氏度，薄膜層厚度為40-100納米；

(4)將覆蓋有ZnO薄膜層的Si基底放入管式電阻爐，在溫度為100～400攝氏度下空氣氣氛中熱處理，溫度上升速率為5攝氏度每分鐘，至100～400攝氏度時保持60分鐘，然后自然冷卻至室溫；