一种ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种紫外探测器的制备方法，属于半导体器件技术领域。
【背景技术】
[0002]紫外探测技术是一项继红外探测技术和激光技术之后发展起来的新型的军民两用技术，广泛应用于空间通讯、导弹预警、污染检测以及生物医学等领域。目前市场上还是以技术较成熟的传统商用光电倍增管和硅基紫外探测器为主，未见薄膜晶体管结构的紫外探测器。
[0003]ZnO是一种重要的新型宽禁带半导体材料，具有直接带隙能带结构，室温禁带宽度3.37eV，激子束缚能高达60meV，可见光透过率高，物理化学性质稳定，原料丰富等优点。相对于传统的光电倍增管和硅基紫外探测器，基于第三代宽禁带半导体ZnO基材料的紫外探测器可避免使用复杂昂贵的滤光片，并且其具有工作电压较低、能耗较小、体积小、重量轻等优点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种制备成本低、工艺简单易于生产，且暗电流小、响应速度快的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法。
[0005]本发明的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器，自下而上依次有低阻Si层、S12绝缘层、ZnO纳米晶层和Au电极。制备方法包括以下步骤:
[0006]I)将Zn(CH3COOH)2.2出0溶解于二甲基亚砜，使Zn(CHWOOH)2.2出0浓度为0.1M，获得A溶液；
[0007]将(CH3)4NOH.5H20溶解于乙醇，使(CH3)4NOH.5出0浓度为0.55M，获得B溶液；
[0008]将B溶液缓慢滴加至A溶液中，在室温下搅拌反应2?24h，获得混合溶液C;其中B溶液与A溶液的体积比为1:3 ；
[0009]向每40mL溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO纳米晶析出，离心后倒去上层清液，再加入1mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO纳米晶，随后再加入20?50mL乙酸乙酯析出ZnO纳米晶，离心后倒去上层清液，最后加入2?4mL乙醇，用孔径0.22um的PTFE滤头过滤后得到ZnO纳米晶的胶体分散相。
[0010]2)在洁净的电阻率为0.001?0.005Ω.cm的低阻Si片(I)上制备厚度为150?300nm的S12绝缘层(2)，再在S12绝缘层(2)上旋涂步骤I)的ZnO纳米晶胶体分散相，转速为1500?4000r/min，旋涂40s，旋涂后在80?300°C退火15min，在S12绝缘层(2)上获得厚度为20?10nm的ZnO纳米晶层(3)；
[0011]3)在上述的ZnO纳米晶层(3)上蒸镀厚度为70?10nm的Au电极(4)，获得ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器。
[0012]本发明的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的工作原理是:在一定的源漏电压下，通过控制栅极偏压使紫外探测器工作在耗尽区，此时由于采用薄膜晶体管型的特殊结构，使紫外探测器的暗电流很小；当有紫外光照射时，ZnO纳米晶层吸收紫外光产生光生载流子，形成载流子通道，在漏源电压下形成较大的源漏电流，即紫外探测器的光电流，进行紫外探测。
[0013]本发明的有益效果在于:
[0014]I)本发明ZnO纳米晶的合成方法简单，可在室温下进行，无需氮气保护，时间短，产率高，且合成的纳米晶大小均匀、晶粒尺寸小;在此基础上，紫外探测器制备方法简洁，且只需在低温下退火即可；
[0015]2)Zn0纳米晶比表面积大，吸收紫外光的效率高，并且ZnO纳米晶的电子传输速度快，可提尚紫外探测器的响应速率；
[0016]3)本发明的紫外探测器采用薄膜晶体管型的特殊结构，具有极小的暗电流，可以获得高于其他类型紫外探测器数的灵敏度；
[0017]4)本发明的紫外探测器结构简单，其制备方法简便且成本低，在军事、民用以及一些特殊领域有重要的应用价值。
【附图说明】
[0018]图1是ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的结构示意图。
[0019]图中:I为低阻Si层、2为S12绝缘层、3为ZnO纳米晶层、4为Au电极。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐述。
[0021]参照图1，本发明的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器，自下而上依次有低阻Si层l、Si02绝缘层2、Zn0纳米晶层3和Au电极4。
[0022]实施例1
[0023]I)称取0.6585g的Zn(CH3COOH)2.2H20溶解于30mL二甲基亚砜，获得A溶液；
[0024]称取0.9968g的(CH3)4NOH.5H20溶解于1mL乙醇，获得B溶液；
[0025]将B溶液缓慢滴加至A溶液中，在室温下搅拌反应2h，获得混合溶液C;
[0026]向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO纳米晶析出，离心后倒去上层清液，再加入1mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO纳米晶，随后再加入20mL乙酸乙酯析出ZnO纳米晶，离心后倒去上层清液，最后加入2mL乙醇，用0.22um的PTFE滤头过滤后得到ZnO纳米晶的胶体分散相。
[0027]2)在洁净的电阻率为0.001?0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制备厚度为300nm的S12绝缘层(2)，再在S12绝缘层(2)上旋涂步骤I)的ZnO纳米晶胶体分散相，转速为2000r/min，旋涂40s，旋涂后在80°C退火15min，获得厚度约70nm的ZnO纳米晶层(3);
[0028]3)在上述的ZnO纳米晶层(3)上蒸镀厚度为10nm的Au电极(4)，获得ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器。
[0029]本例制得的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的响应时间常数为:Tg= 2.05s;Td=1.36s ο
[0030]实施例2
[0031]I)称取0.6585g的Zn(CH3COOH)2.2H20溶解于30mL二甲基亚砜，获得A溶液；
[0032]称取0.9968g的(CH3)4NOH.5H20溶解于1mL乙醇，获得B溶液；
[0033]将B溶液缓慢滴加至A溶液中，在室温下搅拌反应2h，获得混合溶液C;
[0034]向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO纳米晶析出，离心后倒去上层清液，再加入1mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO纳米晶，随后再加入50mL乙酸乙酯析出ZnO纳米晶，离心后倒去上层清液，最后加入4mL乙醇，用0.22um的PTFE滤头过滤后得到ZnO纳米晶的胶体分散相。
[0035]2)在洁净的电阻率为0.001?0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制备厚度为300nm的S12绝缘层(2)，再在S12绝缘层(2)上旋涂步骤I)的ZnO纳米晶胶体分散相，转速为2000r/min，旋涂40s，旋涂后在110°C退火15min，获得厚度约40nm的ZnO纳米晶层(3)；
[0036]3)在上述的ZnO纳米晶层(3)上蒸镀厚度为10nm的Au电极(4)，获得ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器。
[0037]本例制得的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的响应时间常数为:Tg= 3.10s;Td= 0.69so
[0038]实施例3
[0039]I)称取0.6585g的Zn(CH3COOH)2.2H20溶解于30mL二甲基亚砜，获得A溶液；
[0040]称取0.9968g的(CH3)4NOH.5H20溶解于1mL乙醇，获得B溶液；
[0041 ] 将B溶液缓慢滴加至A溶液中，在室温下搅拌反应24h，获得混合溶液C;
[0042]向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO纳米晶析出，离心后倒去上层清液，再加入1mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO纳米晶，随后再加入50mL乙酸乙酯析出ZnO纳米晶，离心后倒去上层清液，最后加入4mL乙醇，用0.22um的PTFE滤头过滤后得到ZnO纳米晶的胶体分散相。
[0043]2)在洁净的电阻率为0.001?0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制备厚度为300nm的S12绝缘层(2)，再在S12绝缘层(2)上旋涂步骤I)的ZnO纳米晶胶体分散相，转速为3000r/min，旋涂40s，旋涂后在140°C退火15min，获得厚度约20nm的ZnO纳米晶层(3);
[0044]3)在上述的ZnO纳米晶层(3)上蒸镀厚度为10nm的Au电极(4)，获得ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器。
[0045]本例制得的ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的响应时间常数为:Tg= 0.28s; Td
= 0.54so
【主权项】
1.一种ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法，该探测器自下而上依次有低阻Si层(l)、Si02绝缘层(2)、Zn0纳米晶层(3)和Au电极(4)，其特征在于，该探测器的制备方法包括以下步骤: IM^Zn(CH3COOH)2.2H20溶解于二甲基亚砜，使Zn(CHfOOH)2.2H20浓度为0.1M，获得A溶液； 将(CH3)4NOH.5H20溶解于乙醇，使(CH3)4NOH.5H20浓度为0.55M，获得B溶液； 将B溶液滴加至A溶液中，在室温下搅拌反应2?24h，获得混合溶液C;其中B溶液与A溶液的体积比为1:3; 向每40mL溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO纳米晶析出，离心后倒去上层清液，再加入1mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO纳米晶，随后再加入20?50mL乙酸乙酯析出ZnO纳米晶，离心后倒去上层清液，最后加入2?4mL乙醇，用孔径0.22um的PTFE滤头过滤后得到ZnO纳米晶的胶体分散相； 2)在洁净的电阻率为0.001?0.005Ω.cm的低阻Si片(I)上制备厚度为150?300nm的S12绝缘层(2)，再在S12绝缘层(2)上旋涂步骤I)的ZnO纳米晶胶体分散相，转速为1500?4000r/min，旋涂40s，旋涂后在80?300°C退火15min，在S12绝缘层(2)上获得厚度为20?10nm的ZnO纳米晶层(3)； 3)在上述的ZnO纳米晶层(3)上蒸镀厚度为70?10nm的Au电极(4)，获得ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器。
【专利摘要】本发明公开了一种ZnO纳米晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法，该紫外探测器自下而上依次有低阻Si层、SiO2绝缘层、ZnO纳米晶层和Au电极。其制备方法如下：先制备ZnO纳米晶的胶体分散相，然后将胶体分散相旋涂在Si/SiO2的SiO2面上，旋涂并退火，最后镀上Au电极完成紫外探测器的制作。相比于传统的紫外探测器，此方法制备的紫外探测器暗电流低、响应灵敏度高、响应时间快，且结构简单、制备成本低，在军事、民用以及一些特殊领域有重要的应用价值。
【IPC分类】H01L31/18, B82Y30/00
【公开号】CN105655442
【申请号】
【发明人】潘新花, 王伟豪, 戴文, 叶志镇
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月12日