一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管及其制备方法与流程

本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管及其制备方法。

背景技术：

金属氧化物半导体在制作新一代的电子器件、光电器件及光生伏打器件方面，有着较高的潜力，其中，ZnO由于其较大的激子结合能，固有的N型半导体导电性质，良好的载波限制，较宽的禁带宽度以及可监管区的高透光性，引发了极大地关注，这些崭新的性能让该材料在探测器，电子工业，紫外探测，太阳能电池，光水解方面有着巨大的应用潜力，此外，低温制备，高结晶性，易于合成，也让ZnO在器件制作方面，显得更为经济，p-n结是很多光电器件的基本构件，然而，由于基于氧化物的同质结在掺杂物中较低的溶解度和p型氧化物中的自补偿效应，使该结构的发展依旧具有挑战性，而克服这种限制的一种方法是生长异质结，于是人们开始关注，利用两种材料的不同组分和其最优性质来形成p-n异质结，与ZnO配对的p型材料中，NiO由于其3.6eV的禁带宽度，稳定的电化学性，高耐久性，低廉的成本，使之成为优良的配对材料，以往人们制作ZnO/NiO异质结器件的方法，如电子束蒸发法，热蒸发溅射法，分子束外延法，脉冲激光沉积法等，大多存在温度较高，制作昂贵等问题。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法：以FTO导电玻璃为衬底，采用溶胶凝胶旋涂的方法，以NiO纳米结构为表面修饰的ZnO纳米棒异质结二极管。此方法简单易行，器件性能优良。

本发明所述的一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法，其步骤如下：

（1）衬底的清洁处理

将FTO衬底在肥皂水中浸没几分钟，然后分别在丙酮，乙醇和去离子水中进行20~40分钟的超声处理，最后，将FTO衬底在80~100ᵒC的条件下干燥处理；

（2）ZnO纳米棒的生长

将0.2~0.5M的醋酸锌溶解在乙二醇中，并搅拌30~60分钟，当溶液变为乳白色时，加入几滴二乙醇胺作为稳定剂，直到溶液再次变得透明，随后将溶液旋涂在FTO沉底上，并在电热板上干燥5~10分钟，其中转速为2000~3000 rpm，干燥温度为200~300ᵒC，分别将0.1~0.2M的六甲基磷酰三胺和0.1~0.2M硝酸锌溶解在去离子水中，并搅拌1~2小时，然后将两种溶液混合，并搅拌1~2小时，将带有籽晶层的衬底，面向下浸没在溶液中，并在炉中加热2~4小时，加热温度为80~100ᵒC，反应结束后，用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底，并300~400ᵒC退火处理1~2小时；

（3）纳米结构NiO薄膜的制备

以1:1~1:2的摩尔比，将0.1~0.2摩尔的单乙醇胺，溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中，溶液在80~90ᵒC的条件搅拌5~7小时，将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面，转速为2000~3000rpm，时间为20~30秒，然后将衬底在200~300ᵒC条件下，干燥10~15分钟，最后，样品在450~550ᵒC条件下，退火2~3小时，从而器件制作完成。

该方法优点在于，可实现在低温条件下成膜，易于操作，成膜性好，器件性能优良。

附图说明

图1：本发明所涉及器件的光传输特性曲线；

图2：本发明所涉及器件（纯ZnO纳米棒器件，纯纳米结构NiO器件和完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件）的电流电压特性曲线；

图3：本发明所涉及器件（完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件）随温度变化的电流电压特性曲线；

图4：本发明所涉及器件（完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件）在不同光强下的电流电压特性曲线。

如图1所示，是器件的光传输特性曲线。红线代表的纯ZnO纳米棒器件，光传输在80%以上，吸收边在409nm左右；黑色虚线代表的纯纳米结构NiO器件，光传输在80%以上，吸收边在355nm左右；蓝线代表的，NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件，光传输在65%以上。

如图2所示，是器件的电流电压特性曲线。如图2中，ZnO图表显示，纯ZnO纳米棒器件形成了欧姆接触；NiO图表显示，纯纳米结构NiO器件形成了欧姆接触； NiO/ZnO图表显示，NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件具有明显的整流特性。开启电压为0.9V。

如图3所示，是器件随温度变化的电流-电压特性曲线。NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件正向电流随温度的升高而增加，开启电压，从室温时的0.97V，下降到140ᵒC时的0.4V。

如图4所示，是器件在不同光强下的电流电压特性曲线。NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件在30W的光强下，光电流可达到0.1A。

具体实施方式

实施例1

将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟，然后分别在丙酮，乙醇和去离子水中进行30分钟的超声处理，最后，FTO衬底在90ᵒC的条件下干燥处理。

将0.4M的醋酸锌溶解在乙二醇中，并搅拌45分钟，当溶液变为乳白色时，加入几滴二乙醇胺作为稳定剂，直到溶液再次变得透明，随后将溶液旋涂并在电热板上干燥10分钟，其中转速为3000 rpm，干燥温度为300ᵒC，分别将0.1M的六甲基磷酰三胺和硝酸锌溶解在去离子水中，并搅拌1小时，然后将两种溶液混合，并搅拌1小时，将带有籽晶层的衬底，面向下浸没在溶液中，并在炉中加热3小时，加热温度为90ᵒC，反应结束后，用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底，并400ᵒC退火处理1小时，从而器件制作完成。

纯ZnO纳米棒器件制作完成后，对其进行了光电性能测试，如图1中红线所示，该器件的光传输在80%以上，吸收边在409nm左右，如图2中，ZnO图表所示，该器件形成了欧姆接触。

实施例2

将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟，然后分别在丙酮，乙醇和去离子水中进行30分钟的超声处理，最后，FTO衬底在90ᵒC的条件下干燥处理。

以1:1的摩尔比，将0.1溶液的单乙醇胺，溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中，溶液在90ᵒC的条件搅拌5小时，将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面，转速为3000rpm，时间为30秒，然后将衬底在300ᵒC条件下，干燥10分钟，最后，样品在550ᵒC条件下，退火2小时，从而器件制作完成。

纯纳米结构NiO器件制作完成后，对其进行了光电性能测试，如图1中黑色虚线所示，该器件的光传输在80%以上，吸收边在355nm左右，如图2中，NiO图表所示，该器件形成了欧姆接触。

实施例3

将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟，然后分别在丙酮，乙醇和去离子水中进行30分钟的超声处理，最后，FTO衬底在90ᵒC的条件下干燥处理。

将0.4M的醋酸锌溶解在乙二醇中，并搅拌45分钟，当溶液变为乳白色时，加入几滴二乙醇胺作为稳定剂，直到溶液再次变得透明，随后将溶液旋涂并在电热板上干燥10分钟，其中转速为3000 rpm，干燥温度为300ᵒC，分别将0.1M的六甲基磷酰三胺和硝酸锌溶解在去离子水中，并搅拌1小时，然后将两种溶液混合，并搅拌1小时，将带有籽晶层的衬底，面向下浸没在溶液中，并在炉中加热3小时，加热温度为90ᵒC，反应结束后，用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底，并400ᵒC退火处理1小时。

以1:1的摩尔比，将0.1摩尔的单乙醇胺，溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中，溶液在90ᵒC的条件搅拌5小时，将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面，转速为3000rpm，时间为30秒，然后将衬底在300ᵒC条件下，干燥10分钟，最后，样品在550ᵒC条件下，退火2小时，从而器件制作完成。

完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件制作完成后，对其进行了光电性能测试，如图1中蓝线所示，该器件的光传输在65%以上，如图2中，NiO/ZnO图表所示，该器件具有明显的整流特性，开启电压为0.9V，低于早前报道过的NiO/ZnO异质结器件，如图3所示，正向电流随温度的升高而增加，开启电压，从室温时的0.97V，下降到140ᵒC时的0.4V，如图4所示，在30W的光强下，器件的光电流可达到0.1A。