一种具有ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构的紫外光伏探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体与纳米光电子器件领域，尤其涉及到一种ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构的紫外光伏探测器的制备方法。
【背景技术】
[0002]光电探测器是一种将光辐射信号转换为电信号的器件，利用这个特性能够感知外界环境的变化。紫外光是人用肉眼不能直接观察到的，且辐射能力强。为了避免人们受到紫外光的直接辐射，就需要借助将这种紫外光转换为便于检测的物理量。紫外光伏探测器就是一种能够将不可见的紫外入射辐射信号转换为可检测电信号的器件。紫外光伏探测器在军事上已广泛应用于紫外报警和制导，同时民用方面也涉及到紫外监控和预警等领域。因此，许多国家对紫外光伏探测器进行了深入广泛的研究，不断提高紫外光伏探测器的性能和稳定性，从而为国家和人民提供安全保障。
[0003]ZnO是一种具有光电、压电、催化功能的半导体材料，常温下禁带宽度是3.37 eV,是典型的直接带隙宽禁带半导体材料，同时激子结合能高达60 meV，具有优异的发光性能，适合紫外光电器件领域的研究。
[0004]ZnO纳米棒具有ZnO材料自身的优点，又结合了纳米材料的高强度和高韧性，展现出良好的紫外光探测性能和稳定性。但是，ZnO纳米棒表面存在大量空位陷阱态，收到紫外光激发时产生的电子空穴对扩散受到表面耗尽层的影响，且载流子复合严重，导致ZnO纳米棒基紫外光伏探测器的探测性能和灵敏度低。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种具有ZnO纳米棒与菲异质复合结构的紫外光伏探测器及制备方法，可以在一定程度上解决目前ZnO纳米棒基紫外光伏探测器的探测性能及灵敏度问题。
[0006]—种具有ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构的紫外光伏探测器，由基底、正负电极层、紫外光功能层构成，其特征在于基底为玻璃片衬底；玻璃片衬底上沉积高功函材料ΙΤ0作为正极电极层；正极电极层上旋涂ZnO籽晶层，通过水热法外延生长ZnO纳米棒阵列在ZnO籽晶层上；用匀胶机旋涂含有机物菲的乙醇溶液在ZnO纳米棒阵列上，烘干基片使乙醇挥发形成ZnO纳米棒与菲功能层；分别从滴有导电浆料的ΙΤ0和ZnO纳米棒与菲功能层上用导线引出电极，形成本发明紫外光伏探测器结构。
[0007]所述的导电浆料为银浆或导电碳浆料。
[0008]所述的导线为金丝或铜丝。
[0009]本发明的一种具有ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构的紫外光伏探测器，其特征在于该探测器通过以下的方法制备而得的，具体步骤如下:
第一步，清洗ΙΤ0玻璃片衬底:将沉积有高功涵材料ΙΤ0的玻璃片衬底清洗并烘干； 第二步，配制ZnO种子前驱体溶液；每克二水合乙酸锌加乙醇15-45 ml、乙醇胺0.25-0.75 ml、乙二醇0.5-1.5 ml，搅拌直至溶质完全溶解于该混合溶液，再加入
0.25-0.75ml冰乙酸，充分搅拌后，密封陈化至少12 h ；
第三步，旋涂ZnO前驱体溶液，将配制好的ZnO种子前驱体溶液采用旋涂机旋涂在IT0表面上，并蒸发基底溶剂；
第四步，ZnO籽晶层晶化:ZnO籽晶层用匀胶机在IT0上旋涂ZnO种子溶液，得到均匀的ZnO籽晶层，迅速升温至400°C，保温1-3 h，冷却至室温得到ZnO籽晶层；
第五步，水热法外延生长ZnO纳米棒阵列；
第六步，除杂:将基片取出，冲洗干净，干燥保存；
第七步，采用旋涂法在ZnO纳米棒阵列中掺杂菲作为器件的功能层；
第八步，分别在IT0和功能层上分别滴导电浆料，再分别用两根导线的一端引入每滴导电浆料中，另一端悬空，形成紫外探测器的正负极。
[0010]所述的紫外光伏探测器将引出电极的器件固定于测试板上，再将ZnO纳米棒与菲功能层上的电极的部分置于光能照射的地方，以方便器件的性能测试。
[0011]本发明的紫外光伏探测器结构，最底层的基底材料为玻璃；ιτο作为一电极完全覆盖于基底上，滴上导电浆料，用导线引出该电极。Ι??剩余未作为电极的部分被一层ZnO籽晶层覆盖；籽晶层厚度约为200 nm。ZnO籽晶层上为外延生长的ZnO纳米棒阵列。将ZnO籽晶层的基片垂直浸没于二水合乙酸锌(Zn (CH3C00) 2.2H20)和六次甲基四胺(HTM)的混合水溶液中外延生长(002)取向上的ZnO纳米棒阵列；Ζη0纳米棒直径为50-200 nm,长度为2-3 μπι。ZnO纳米棒阵列表面由有机物菲所包覆。
[0012]本发明ZnO纳米棒的择优取向能够保证载流子沿ZnO纳米棒在垂直于基底方向的传输，有利于提高光电效率。ZnO纳米棒阵列与有机物菲的复合保证了 ZnO纳米棒与菲异质结的形成，从而为光生载流子的产生提供了条件。
[0013]在本发明中，选择宽禁带ZnO半导体材料，能够有效地过滤掉该光电探测器对可见光的响应。有机物选择菲，也同样是由于菲只会对紫外光响应。ZnO与菲的复合，既能够保证器件的活性层过滤红外与可见光仅对紫外光响应，又能够结合两者对紫外光进行有效地吸收。既结合了 ZnO材料的特性和纳米材料的稳定性，又具备有机-无机异质结高效的发光性能，显著地提高了紫外光伏探测器的探测性能和灵敏度。ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构作为紫外光伏探测器的功能层表现出优异的性能，其探测率D*可达9.0X 1013 Jones(1 Jones=l cm Hz1/2 W 3 ;灵敏度响应率 R 可达 2.0 X 104 A/W。
[0014]本发明的这种ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构的紫外光伏探测器，低成本、易实现、高效率、稳定性好等优点，在军事、民用等领域有着极大的应用潜力。
【附图说明】
[0015]图1是本发明紫外光伏探测器结构示意图；
图2 (a)是实施例2紫外光伏探测器ZnO纳米棒阵列的平面SEM图；
图2 (b)是实施例2紫外光伏探测器ZnO纳米棒阵列的断面SEM图；
图3 (a)是实施例3紫外光伏探测器ZnO纳米棒阵列/菲功能层的平面SEM图；
图3 (b)是实施例3紫外光伏探测器ZnO纳米棒阵列/菲功能层的断面SEM图； 图4是图2和3紫外吸光材料的紫外-可见-红外吸收光谱图；
图5是实施例1的紫外光伏探测器的J-V曲线；
图6是实施例1的紫外光伏探测器的响应率曲线；
图7是实施例1的紫外光伏探测器的探测率曲线。
[0016]其中，图1中:紫外光源1，基底2，正极电极层3，Zn0籽晶层4，ZnO纳米棒阵列5，ZnO纳米棒与菲功能层6，导电浆料7，导线8。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、制备方法以及优点更加清楚，结合以下附图及实施例，对本发明进行更详尽的解释说明。
[0018]实施例1:一种具有ZnO纳米棒与菲纳米异质复合结构的紫外光伏探测器，基底2为玻璃片衬底；玻璃片衬底上沉积180 nm厚的高功涵材料ΙΤ0作为正极电极层3 ;正极电极层3上旋涂200 nm的ZnO籽晶层4，通过水热法外延生长直径为50-200 nm、长度为2-3μπι ZnO纳米棒阵列5在ZnO籽晶层4上；用匀胶机旋涂含有机物菲的乙醇溶液在ZnO纳米棒阵列5上，烘干基片使乙醇挥发形成ZnO纳米棒与菲功能层6 ;分别从滴有银浆7的ΙΤ0正极电极层3、ZnO纳米棒与菲功能层6上用金丝导线8引出电极，形成本发明紫外光伏探测器结构。
[0019]本发明的紫外光伏探测器，通过以下的工艺制备而得，具体步骤如下:
第一步，清洗Ι??玻璃片衬底:将沉积180 nm厚高功涵材料ΙΤ0的玻璃片衬底用洗涤剂、丙酮(AR)、乙醇(AR)按顺序分别超声清洗10 min，再用去离子水反复冲洗基片，烘干保存基片。
[0020]第二步，配制ZnO种子前驱体溶液:将二水合乙酸锌2 g、乙醇胺1 ml、乙二醇2ml，依次溶解到乙醇60 ml中，再加入冰乙酸1 ml，充分搅拌后，密封陈化12 h。
[0021]第三步，旋涂ZnO前驱体溶液:将ΙΤ0玻璃片衬底面朝