专利名称：n型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器及制备方法
技术领域：
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及η型掺杂ZnS准一维纳米结构光电导型紫外探测器及制备方法。
背景技术：
紫外探测器广泛应用于天文学、燃烧工程、水净化处理、火焰探测、生物效应、天际通信及环境污染检测等。硫化锌ZnS是最重要的II-VI族直接带隙半导体之一，禁带宽度为3. 7eV，具有压电、红外透明及良好的发光性能，一直是受到广泛研究的材料，在电子显示器件、紫外探测器、太阳能电池、红外窗口及激光和催化等众多领域中有广泛的应用。由于ZnS禁带宽度在紫外范围内，是制作紫外探测器件的理想材料之一。与传统ZnS薄膜和体材料相比，ZnS纳米材料具有高晶体质量、小尺寸、大比表面积、高量子效率以及量子尺寸效应等优良特性，可应用于构筑高性能的纳米紫外探测器。当前对于SiS的研究和报道主要集中于各种纳米结构的合成以及研究硫化锌材料的形成机制，而对一维ZnS纳米的在电输运特性和光电应用中研究较少。关于ZnS准一维纳米材料UV探测研究并不多， 已检索到的相关报道有Fang等研究了本征ZnS纳米带光电导型UV探测器[X. S. Fang, Y. S. Bando, Μ. Y. Liao, U. K. Gautam, C. Y. Zhi, B. Dierre, B. D. Liu, Τ. Y. Zhai, Τ. Sekiguchi, Y. Koide, D. Golberg, Adv. Mater. 2009,21,2034. Χ. S. Fang, Y. Bando, Μ. Y. Liao, Τ. Y. Zhai, U. K. Gautam, L. Li, Y. Koide, D. Golberg, Adv. Funct. Mater. 2010，20，500.]，但此类 UV 探测器的低响应速度和小响应度，使其难以真正得到应用。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器及制备方法，以期能够实现波长小于335nm的紫外探测，响应度高达IO6AW-1，且能够制备成全透明紫外探测器。本发明通过如下方式实现本发明η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器的结构特点是所述紫外探测器自上而下依次由叉指电极，η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜和绝缘衬底迭置而成。本发明η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器的结构特点也在于所述叉指电极为ITO电极或AZO电极。所述叉指电极的宽度为ΙΟμπι-ΙΟΟμπι，厚度为50nm-200nm，叉指电极相邻电极之间的间距为5μ -100μπ 。所述η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜中的η型掺杂ZnS是指Cl、Al、fei或h掺杂 ais。
所述绝缘衬底为石英玻璃、或为表面长有氧化硅的硅片、或为表面镀有氮化硅的娃片。本发明η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器的制备方法的特点是按如下步骤进行a、用酒精或丙酮挥发性溶剂为分散液，将η型掺杂ZnS准一维纳米材料加入分散液中，超声震荡使η型掺杂ZnS准一维纳米材料均勻悬浮在分散液中；b、将含有η型掺杂ZnS准一维纳米材料的分散液旋涂在绝缘衬底上，经挥发形成 ZnS纳米结构薄膜；C、利用光刻方法在涂有ZnS纳米结构薄膜的衬底上光刻出叉指电极的图形；d、通过磁控溅射或脉冲激光沉积方法在叉指电极的图形上制备形成叉指电极。与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明紫外探测器以η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜为紫外敏感层，只对小于335nm波长光敏感，也就是说本发明探测器只对紫外光有响应，对可见光没有响应，因而消除了因可见光的存在，并且难于进行分辨而对紫外探测造成的影响；2、本发明利用AZO或ITO透明叉指电极和纳米结构薄膜更增强了受光面积，提高了紫外光响应度，同时使用ZnS做为光敏材料，环保可靠。3、本发明结构简单，灵敏度高，成本低，易于实现等优点。
图1为η型掺杂SiS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器的结构示意图；图2为实施例1中Cl掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器光谱响应曲线；图3为实施例1中Cl掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的响应回复曲线；图4为实施例1中Cl掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的不同频率下增益曲线；图5为实施例2中( 掺杂ZnS纳米带薄膜光电导型紫外探测器的响应回复曲线；图6为实施例3中Al掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的响应回复曲线；图7为实施例4中h掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的响应回复曲线；
具体实施例方式如图1所示，本实施例中η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器自上而下依次由叉指电极1、η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜2和绝缘衬底3迭置而成。 叉指电极1的宽度为ΙΟμπι-ΙΟΟμπι、厚度为50nm-200nm，叉指电极1相邻电极之间的间距 ^ 5 μ m-100 μ m。实施例1Cl掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的制备方法及步骤如下1、将表面长有厚度为300nm氧化硅的硅片超声清洗干净后，用酒精作为分散液， 将化学气相法合成的掺杂浓度为2. 6X IO16CnT3的Cl掺杂SiS纳米线，加入分散液，超声震荡使纳米线均勻悬浮在分散液中。2、将含有ZnS纳米带的分散液旋涂在干净的长有氧化硅的硅片上，经挥发形成ZnS纳米带薄膜。3、在涂有ZnS纳米线薄膜的硅片上旋涂光刻胶，光刻出叉指电极2图形，叉指电极相邻电极间距为5 μ m,宽度为10 μ m。4、通过磁控溅射法在光刻的叉指电极的图形上制备出一层AZO电极，厚度为 50nmo5、以150W氙灯为光源，利用Omni- λ 300单色仪把100 μ ff/cm2单色光聚焦在Cl掺杂ZnS纳米线薄膜上，利用KEITHLEY 4200-SCS测量不同波长光照下一对叉指电极间的伏安特性，并对其归一化后得其光谱响应曲线，如图2所示，从中可以看出ZnS纳米线薄膜只对波长小于335nm的光具有较高的敏感性。6、采用IV的电压，100 μ W/cm2320nm的光测试Cl掺杂SiS纳米线响应回复曲线， 如图3所示，计算的响应度为LOXlOlW—1。图4为上述光强下不同脉冲光频率下所获得相对增益曲线，发现脉冲光频率在IOOHz下也能获得较大增益。实施例2Ga掺杂ZnS纳米带薄膜光电导型紫外探测器的制备方法及步骤如下1、将石英玻璃超声清洗干净后，用丙酮作为分散液，将化学气相合成的掺杂浓度为1. 5 X IO17Cm-3的( 掺杂SiS纳米带加入分散液，超声震荡使纳米带均勻悬浮在分散液中。2、将含有ZnS纳米带的分散液旋涂干净石英玻璃上，经挥发形成ZnS纳米带薄膜；3、在涂有ZnS纳米带薄膜的石英玻璃上旋涂光刻胶，光刻出叉指电极图形，叉指电极相邻电极间距为 ο μ m,宽度为100 μ m ；4、通过脉冲激光沉积法在光刻的电极上制备出一层ITO电极，厚度为200nm ；5、采用IV的电压，100 μ ff/cm2320nm的光测试( 掺杂SiS纳米带响应回复曲线， 如图5所示，计算的响应度为1. OXlO6AWA实施例3Al掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的制备方法及步骤如下1、将表面镀有厚度为50nm氮化硅的硅片超声清洗干净后，用酒精作为分散液，将化学气相合成的掺杂浓度为3. 8 X IO17Cm-3的Al掺杂ZnS纳米线加入分散液，超声震荡使纳米线均勻悬浮在分散液中；2、将含有ZnS纳米线的分散液旋涂在干净镀有氮化硅的硅片上，经挥发形成ZnS 纳米线薄膜；3、在涂有ZnS纳米线薄膜的硅片上旋涂光刻胶，光刻出叉指电极图形，叉指电极相邻电极间距为50 μ m,宽度为50 μ m ；4、通过脉冲激光沉积法在光刻的电极上制备出一层AZO电极，厚度为IOOnm ；5、采用IV的电压，100 μ ff/cm2320nm的光测试了 Al掺杂ZnS纳米线响应回复曲线， 如图6所示，计算的响应度为2. OXlO5AWA实施例4In掺杂ZnS纳米线薄膜光电导型紫外探测器的制备方法及步骤如下1、将石英玻璃超声清洗干净后，用丙酮作为分散液，将化学气相合成的掺杂浓度为5 X IO17CnT3的h掺杂SiS纳米线加入分散液，超声震荡使纳米线均勻悬浮在分散液中；2、将含有ZnS纳米线的分散液旋涂干净石英玻璃上，经挥发形成ZnS纳米带薄膜；3、在涂有ZnS纳米线薄膜的石英玻璃上旋涂光刻胶，光刻出叉指电极图形，叉指电极间距为20 μ m,宽度为50 μ m ；4、通过射频磁控溅射方法在光刻的电极上制备出一层AZO电极，厚度为IOOnm ；5、采用IV的电压，100μΙ/αιι2320ηπι的光测试了 h掺杂SiS纳米带响应回复曲线， 如图7所示，计算的响应度为2. OXlO6AWA
权利要求
1.一种η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器，其特征是所述紫外探测器自上而下依次由叉指电极(1)，η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜(2)和绝缘衬底(3) 迭置而成。
2.根据权利要求1所述的η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器，其特征是所述叉指电极⑴为ITO电极或AZO电极。
3.根据权利要求1或2所述的η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器，其特征所述叉指电极(1)的宽度为10μπι-100μπι，厚度为50nm-200nm，叉指电极⑴相邻电极之间的间距为5 μ m-100 μ m。
4.根据权利要求1所述的η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器，其特征是所述η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜O)中的η型掺杂ZnS是指Cl、Al、fei或h 掺杂SiS。
5.根据权利要求1所述的η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器，其特征是所述绝缘衬底C3)为石英玻璃、或为表面长有氧化硅的硅片、或为表面镀有氮化硅的硅片。
6.一种权利要求1所述的η型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜光电导型紫外探测器的制备方法，其特征在于按如下步骤进行a、用酒精或丙酮挥发性溶剂为分散液，将η型掺杂ZnS准一维纳米材料加入分散液中， 超声震荡使η型掺杂ZnS准一维纳米材料均勻悬浮在分散液中；b、将含有η型掺杂ZnS准一维纳米材料的分散液旋涂在绝缘衬底C3)上，经挥发形成 ZnS纳米结构薄膜O)；c、利用光刻方法在涂有ZnS纳米结构薄膜⑵的衬底上光刻出叉指电极⑴的图形；d、通过磁控溅射或脉冲激光沉积方法在叉指电极(1)的图形上制备形成叉指电极⑴。
全文摘要
本发明公开了n型掺杂ZnS准一维纳米结构光电导型紫外探测器及制备方法，其特征是紫外探测器自上而下依次由叉指电极，n型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜和绝缘衬底迭置而成。本发明紫外探测器以n型掺杂ZnS准一维纳米结构薄膜为紫外敏感层，使其只对小于335nm波长光敏感，利用透明叉指电极和纳米结构薄膜增强了受光面积，提高了紫外光响应度，同时使用ZnS做为光敏材料，环保可靠。本发明结构简单，灵敏度高，成本低，易于实现。
文档编号H01L31/18GK102280515SQ20111017623
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者于永强, 揭建胜, 朱志峰, 江鹏, 蒋阳 申请人:合肥工业大学