一种NiO纳米线紫外光探测器及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种NiO纳米线紫外光探测器及其制备方法与应用。该探测器包括基底层、SiO2薄膜层、光敏层、叉指电极、第一引线和第二引线；SiO2薄膜层平行附着在所述基底层上；光敏层和叉指电极分别平行设置在SiO2薄膜层上，光敏层和叉指电极相接触连接，光敏层设置在叉指电极上层或者下层；第一引线和第二引线分别与叉指电极的两个电极相连接；光敏层为平行于基底层的有序排列的NiO纳米线阵列。本发明的紫外光探测器采用平行于基底的、大面积有序排列的NiO纳米线，具有灵敏度高，测量范围广，可实现连续波段或各波段的紫外光探测，制备简单，成本低廉，易于工业化生产，在实际应用上具有广阔前景。
【专利说明】 一种N1纳米线紫外光探测器及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种N1纳米线紫外光探测器及其制备方法与应用，属于半导体光电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]紫外光探测在环境监测、生物效应、污染监测、保密通信、空间探测等方面具有非常重要的应用。与红外光探测器相比，新型紫外光探测器具有高温下稳定性强、响应快等优势，因此受到人们的广泛关注与研究。传统的半导体光传感器，由于对紫外光的灵敏度相对较弱，在做紫外光探测器时需要滤波，非常影响使用；人们利用GaN、BN和金刚石等半导体制备的紫外光探测器，工艺复杂，成本很高，很难实际投入生产；目前人们一直在探索成本低廉、相应迅速的新型紫外光探测器。
[0003]近年来，一维纳米材料在探测器方面的潜在用途引起了人们的极大关注。如今，已经有利用纳米线制作紫外光探测器的报道，例如:Venkata Chivukula等(VenkataChivukula,Daumantas Ciplys, Michael Shur，and Partha Dutta，ZnO nanoparticlesurface acoustic wave UV sensor, Applied Physics Letters, 2010.96,233512)和C.J.Lin 等(C.J.Lin, W.Y.Yu and S.H.Chien，Rough conical-shaped Ti02_nanotubearrays for flexible back illuminated dye-sensitized solar cells, Applied PhysicsLetters, 2008.93:133107)使用了纳米线制作紫外光探测器，他们使用的纳米线均为宽带隙半导体材料，如ZnO和Ti02等。
[0004]虽然ZnO纳米线制作的紫外光探测器具有响应度高、抗辐射等优点，但它难承受酸碱腐蚀，不适用于恶劣的环境；而Ti02纳米线制作的紫外光探测器有非常强的紫外光吸收特性、耐高温、性质稳定,但其检测波段较窄。
[0005]N1纳米线制作的紫外光探测器，则同时具有响应度高、测量范围广和性质稳定的特点。目前报道的该类紫外光探测器，生长方向垂直于基底平面，并依靠部分未溶解的模板作为支撑形成阵列。虽然有序性有所提高，但与电极部分接触少，这必然会影响探测器的灵敏度和稳定性。
【发明内容】
[0006]鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种N1纳米线紫外光探测器及其制备方法与应用，能够提高现有N1类紫外光探测器的灵敏度和稳定性。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案得以实现:
[0008]一种N1纳米线紫外光探测器，其特征在于:该探测器包括基底层、Si02薄膜层、光敏层、叉指电极、第一引线和第二引线；
[0009]所述Si02薄膜层平行附着在所述基底层上；
[0010]所述光敏层和所述叉指电极分别平行设置在所述Si02薄膜层上，所述光敏层和所述叉指电极相接触连接，所述光敏层设置在所述叉指电极上层或者下层；
[0011]所述第一引线和所述第二引线分别与所述叉指电极的两个电极相连接；
[0012]所述光敏层为平行于基底层的有序排列的N1纳米线阵列。
[0013]本发明主要在于选择平行于基底、有序排列的N1纳米线阵列作为光敏层制作紫外光探测器，这种排列方式较垂直与基底的方式有效增加了与电极的接触面积，提高了探测器的灵敏度和稳定性。本发明探测器与其它结构(例如测量元件、数据处理元件等，可以参照现有技术类似产品的结构)连接，即可最终制得应用状态的N1纳米线紫外光探测器。
[0014]本发明的N1纳米线是由Ni纳米线经过施加磁场进行定向排列，然后经高温氧化获得的。
[0015]上述的N1纳米线紫外光探测器中，所述基底层为110晶向的单抛硅片；Si02薄膜层由硅片高温氧化形成，作为绝缘层。
[0016]上述的N1纳米线紫外光探测器中，优选的，所述N1纳米线阵列的纳米线为平行排列的纳米线，其排列方向与叉指方向垂直，其长度为5μηι-50μηι,直径为50_500nm,分布密度为 1000-5000 根 /mm。
[0017]上述的N1纳米线紫外光探测器中，优选的，当所述光敏层设置在所述叉指电极下层时，N1纳米线阵列的纳米线的直径为200nm,分布密度为3000根/mm ;当所述光敏层设置在所述叉指电极上层时，N1纳米线阵列的纳米线直径为200nm，分布密度为5000根/mmD
[0018]上述的纳米线可通过改变电沉积时间来控制纳米线长度。纳米线分布密度是指单位长度内平行分布的纳米线的数量。
[0019]上述的N1纳米线紫外光探测器中，优选的，所述叉指电极的指宽为5-100 μ m、指间距为5-100 μ m、指长为l-5mm ;更优选的，所述叉指电极的指宽为10 μ m、指间距为10 μ m、指长为1mm。
[0020]上述的N1纳米线紫外光探测器中，优选的，所述叉指电极的两极为膜厚500nm-2 μ m的金属膜电极；进一步优选的，所述叉指电极的两极为Ag电极，其膜厚为500nmo
[0021]上述的N1纳米线紫外光探测器中，电极还可以为线状电极、圆形电极、片状电极等，所述的电极制备可以采用真空镀膜、化学沉积、溅射镀膜等方法；根据本发明的具体实施方案优选叉指电极，其材料可以为T1、Au、Ag、Cu等金属。叉指电极具体形状、大小可以根据需要选择。进一步地，所述叉指电极的指宽和指间距为ΙΟμπι，指长为1mm，连接电极部分(固定引线的电极与引线的连接部分)的面积为2X2mm2。
[0022]本发明还提供一种上述的N1纳米线紫外光探测器的制备方法，包括如下步骤:
[0023]纳米线的生长:用模板制备Ni纳米线，溶解模板，释放纳米线；
[0024]纳米线的排列:将单晶硅片(例如在管式炉中)高温氧化，在其表面形成S12薄膜层，在磁场中，将Ni纳米线排列于S12薄膜层表面；
[0025]纳米线的氧化处理:将排列好的Ni纳米线在高温中氧化得到N1纳米线；
[0026]制备叉指电极:在排有N1纳米线的S12薄膜层表面进行光刻胶，用掩膜技术将准备生长叉指电极的部分曝光清洗，用磁控溅射的方法镀上金属电极，洗掉剩余光刻胶；
[0027]连接引线:从叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，即得到N1纳米线紫外光探测器。
[0028]本发明还提供一种上述的N1纳米线紫外光探测器的制备方法，包括如下步骤:
[0029]制备叉指电极:将单晶硅片高温氧化，在其表面形成Si02薄膜层，在Si02薄膜层表面进行光刻胶，将准备生长叉指电极的部分曝光清洗，用磁控溅射的方法镀上金属电极，剥离剩余光刻胶；
[0030]纳米线的生长:用模板制备Ni纳米线，溶解模板，释放纳米线；
[0031]纳米线的排列:在磁场中，将Ni纳米线排列于金属电极的上层；
[0032]纳米线的氧化处理:将排列好的Ni纳米线在高温中氧化得到N1纳米线；
[0033]连接引线:从叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，即得到N1纳米线紫外光探测器。
[0034]上述的制备方法中，进行光刻胶可以采用旋涂光刻胶的方式进行，旋涂光刻胶一般只用单层胶工艺，但在溅射好电极后，清洗剩余光刻胶时清洗液不容易接触到溅射材料下层的剩余光刻胶，容易残留光刻胶，剥离不好叉指电极。我们使用了两层不同的胶，利用两种不同胶的感光速率不同，光刻后形成下层宽，上层窄的叉指形状，在溅射好电极，清洗叉指电极部分剩余光刻胶时，有利于清洗液的浸入，从而清洗光刻胶，达到剥离叉指电极的效果。优选的，所述进行光刻胶包括旋涂两层不同胶的步骤，其中，底层胶甩胶为1000-3000转/分钟，上层胶胶甩胶为3000-8000转/分钟；优选的，底层胶甩胶为2000转/分钟，上层胶甩胶为6000转/分钟。
[0035]上述的制备方法中，曝光可以采用紫外曝光，曝光的时间为Ι-lOs ;优选的，曝光的时间为3s。
[0036]上述的制备方法中，进行磁控溅射时，溅射速度不能太快，保持5-100nm/min的速度，根据所需厚度选择溅射时间长短。优选磁控溅射的参数为腔体内压强e.0x1—ipa，溅射时间为lOmin。
[0037]本发明的制备方法中:
[0038]释放纳米线的方法是将模板放入王水中5-10min，使模板溶解，释放出Ni纳米线，再用去离子水、无水乙醇交替清洗Ni纳米线；
[0039]第一引线和第二引线通过银胶结分别固定在叉指电极的两极上；第一引线和第二引线优选直径0.05mm的铜导线。
[0040]单晶硅片高温氧化的条件为:管式炉高温氧化，保持氧气气氛，保持1000°C氧化3h，得到作为绝缘层的Si02薄膜。
[0041]本发明的制备方法中，制备Ni纳米线是采用电化学沉积法、溶胶-凝胶法或者电泳沉积法在背面镀有金属膜的阳极氧化铝模板中生长得到的，Ni纳米线的直径通过氧化铝模板的孔径的改变而改变；优选的，所述用模板制备Ni纳米线是利用氧化铝模板通过电化学沉积法制备Ni纳米线，其所用氧化铝模板的孔径为50-500nm，膜厚为50 μ m;更优选的，利用氧化铝模板通过电化学沉积法制备Ni纳米线所用氧化铝模板的孔径为200nm ;所述电化学沉积法进行的条件为:用NiS04.6Η20的稀硫酸溶液，保持3mA/cm2的恒流进行反应，反应时间为30min-3h。
[0042]上述的电化学沉积法可以参考现有技术，其具体参数并不影响本发明首要目的的实现，而为进一步提高本发明所用纳米线的质量，根据具体实施方案，所述电化学沉积法的条件为:向浓度为80g/L的NiS04.6H20溶液和浓度为45g/L的Η3Β04溶液组成的混合溶液中,加入稀硫酸溶液,PH值调节至3 ;以6mA/cm2的恒流电流进行反应2min,接着以3mA/cm2的恒流电流反应30min-3h。
[0043]上述的制备方法中，优选的，纳米线的排列包括将释放的Ni纳米线放于乙醇溶液中，然后将表面氧化形成S12薄膜层的硅片置于该溶液中，加l_50mT的磁场排列Ni纳米线，待乙醇溶液挥发完后取出硅片的步骤；或者，
[0044]纳米线的排列包括将释放的Ni纳米线放于乙醇溶液中，然后将在表面的S12薄膜层上镀有金属电极的单晶硅片置于该溶液中，加l_50mT的磁场排列Ni纳米线，待乙醇溶液挥发完后取出硅片的步骤。
[0045]根据具体实施方案，纳米线的排列包括将释放的Ni纳米线放于乙醇溶液中，然后将表面氧化形成S12薄膜层的硅片置于该溶液中，加5mT的磁场排列Ni纳米线，待乙醇溶液挥发完后取出硅片的步骤；或者，
[0046]纳米线的排列包括将释放的Ni纳米线放于乙醇溶液中，然后将在表面的S12薄膜层上镀有金属电极的单晶硅片置于该溶液中，加5mT的磁场排列Ni纳米线，待乙醇溶液挥发完后取出硅片的步骤。
[0047]上述的纳米线的排列中，纳米线密度可根据需要调节，将不同量的纳米线溶于一定量的乙醇溶液中，即可得到不同密度排列的纳米线。
[0048]上述的制备方法中，优选的，所述纳米线的氧化处理为将排列好的Ni纳米线在管式炉中，400°C _800°C，氧化2h-8h，得到N1纳米线。
[0049]上述纳米线的氧化处理的优选氧化条件为400°C，保持2h进行氧化处理。
[0050]本发明还提供一种上述的N1纳米线紫外光探测器在探测紫外光强度中的应用。
[0051]本发明的突出效果为:
[0052]通过N1纳米线的大面积有序排列，能够增大电极的接触部分,从而能够提高紫外光探测器的灵敏度和稳定性。
[0053]本发明的紫外光探测器采用平行于基底的、大面积有序排列的N1纳米线，具有灵敏度高，测量范围广，可实现连续波段或各波段的紫外光探测，制备简单，成本低廉，易于工业化生产，在日常生活、工业、国防等方面具有广阔前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0054]图1a是实施例1利用平行基底的N1纳米线有序阵列制作的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图；
[0055]图1b是实施例1利用平行基底的N1纳米线有序阵列制作的N1纳米线紫外光探测器的局部放大图；
[0056]图1c是实施例1应用于测量1-V曲线图状态下的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图；
[0057]图1d是实施例1应用于测量光开关特性状态下的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图；
[0058]图1e是实施例1的N1纳米线紫外光探测器在模拟太阳光照下检测得到的I_V曲线图；
[0059]图2是实施例2利用平行基底排列的N1纳米线制作的多个紫外光探测器阵列的N1纳米线紫外光探测器结构示意图；
[0060]图3a是实施例3利用平行基底排列于叉指电极上层的N1纳米线阵列制作的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图；
[0061]图3b是实施例3应用于测量1-V曲线图状态下的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图；
[0062]图3c是实施例3应用于测量光开关特性状态下的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图；
[0063]图3d是实施例3的N1纳米线紫外光探测器在365nm光源照下检测得到的1-V曲线图；
[0064]图3e是实施例3的N1纳米线紫外光探测器在模拟太阳光源照下检测得到的I_V曲线图；
[0065]图3f是实施例3的N1纳米线紫外光探测器在模拟太阳光源照下检测得到的光生电压信号图；
[0066]图4是实施例4利用平行基底的N1纳米线有序阵列制作的不同排列密度的N1纳米线紫外光探测器的结构示意图。
[0067]附图标号说明:
[0068]I基底层2Si02薄膜层3光敏层4叉指电极5第一引线6第二引线7直流电源8示波器测量装置
【具体实施方式】
[0069]下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0070]实施例1
[0071]本实施例提供一种N1纳米线紫外光探测器。如图1a和图1b所示，该紫外光探测器包括:用硅片制作的基底层1，氧化硅薄膜层2作为绝缘层，平行基底层和氧化硅薄膜层的有序排列的N1纳米线阵列，作为光敏层3，叉指电极4，从交叉电极引出的第一引线5和第二引线6 ;
[0072]S12薄膜层2平行附着在基底层I上；
[0073]光敏层3和叉指电极4分别平行设置在S12薄膜层2上，光敏层3和叉指电极4相接触连接，光敏层3设置在叉指电极4的下层；其中，叉指电极的两极为Ag电极，其膜厚为500nm,指宽为10 μ m、指间距为10 μ m、指长为Imm ；
[0074]第一引线5和第二引线6分别与叉指电极4的两个电极相连接；
[0075]光敏层3为平行于基底层的有序排列的N1纳米线阵列，其纳米线为平行排列的纳米线，其排列方向与叉指方向垂直，其长度为20 μ m，直径为200nm，分布密度为3000根/mmD
[0076]本实施例的N1纳米线紫外光探测器是通过下列方法制备得到的:
[0077]纳米线的生长:选用电化学沉积法，利用氧化铝模板直接生长Ni纳米线，用王水溶解掉模板以释放Ni纳米线。电化学沉积法的条件为:1.反应液为80g/L NiS04*6H20和45g/L H3B04，加入稀硫酸溶液，PH值调节至3 ;2.反应参数为保持6mA/cm2的恒流进行反应2min,保持3mA/cm2恒流反应3h,得到20 μ m长的纳米线；上述释放Ni纳米线的方法是将模板放入王水中5-10min，溶解氧化铝模板，释放出Ni纳米线，并用去离子水、乙醇清洗Ni纳米线；
[0078]纳米线的排列:将1 X lcm2的硅片放入管式炉中高温氧化，保持1000°C氧化3h，得到表层为Si02绝缘层的硅片；将该氧化处理过的硅片放入溶解有Ni纳米线的乙醇溶液中，加上5mT的均匀磁场，待乙醇溶液完全挥发，取出硅片；
[0079]纳米线的氧化处理:将上述硅片放入管式炉中，保持400°C，氧化2h，得到N1纳米线.
[0080]制备叉指电极:在制备好的N1纳米线样品上生长叉指电极，即将排有N1纳米线的硅片表面进行光刻胶，选用双层胶工艺，底层胶甩胶为2000转/分钟，上层胶甩胶为6000转/分钟，用掩膜技术将生长叉指电极的部分曝光清洗，用磁控溅射的方法镀上Ag电极，厚度为500nm，用丙酮溶液清洗剩余光刻胶，获得叉指电极；
[0081]连接引线:在叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，该引出的导线是直径为0.05mm的铜导线并用银胶结将其固定在电极上，即得到N1纳米线紫外光探测器。
[0082]本实施例提供的N1纳米线紫外光探测器是这样应用的:
[0083]将本实施例的N1纳米线紫外光探测器与现有技术类似产品的其他结构如直流电源、示波器测量装置等连接，形成应用状态下的N1纳米线紫外光探测器。
[0084]将N1纳米线紫外光探测器的第一引线和第二引线连接直流电源7正负极，如图lc所示，形成测试电路，用于测量1-V曲线图。
[0085]将N1纳米线紫外光探测器的第一引线和第二引线并联连接直流电源7和示波器测量装置8(内部电阻为1ΜΩ)，如图1d所示，测量光开关特性。
[0086]用模拟太阳光照射该探测器，电极间输出光生电压信号，并被示波器测量装置检测并记录，由此完成紫外光的灵敏度检测，得到1-V曲线图，如图le所示，从图中两条曲线对比可得，明场电流与暗场电流变化明显，明场电流可达暗场电流的近10倍。
[0087]实施例2
[0088]本实施例提供一种N1纳米线紫外光探测器。如图2所示，该紫外光探测器是一种平行基底排列的、分块阵列N1纳米线组成的多个紫外光探测器阵列，可以在同一基片上同时制备多个紫外光探测器。
[0089]如图2所示，该N1纳米线紫外光探测器包括:用硅片制作的基底层1，氧化硅薄膜层2作为绝缘层，平行基底层和氧化硅薄膜层的的多个分块阵列N1纳米线排列，作为光敏层3，作为电极同时固定纳米线的叉指电极阵列4，从交叉电极引出的第一引线5和第二引线6;
[0090]Si02薄膜层2平行附着在基底层1上；
[0091]光敏层3和叉指电极4分别平行设置在Si02薄膜层2上，光敏层3和叉指电极4相接触连接，光敏层3设置在叉指电极4的下层；其中，叉指电极的两极为Ag电极，其膜厚为500nm,指宽为10 μ m、指间距为10 μ m、指长为1mm ；
[0092]第一引线5和第二引线6分别与叉指电极4的两个电极相连接；
[0093]光敏层3为平行于基底层的有序排列的N1纳米线阵列，其纳米线为平行排列的纳米线，其排列方向与叉指方向垂直，其长度为20 μ m，直径为200nm，分布密度为3000根/mm。
[0094]本实施例提供的N1纳米线紫外光探测器阵列是通过下列方法制备的到的:
[0095]纳米线的生长:选用电化学沉积法，利用氧化铝模板直接生长Ni纳米线，用王水溶解掉模板以释放Ni纳米线。电化学沉积法的条件为:1.反应液为80g/L NiS04*6H20和45g/L H3BO4，加入稀硫酸溶液，PH值调节至3 ;2.反应参数为保持6mA/cm2的恒流进行反应2min,保持3mA/cm2恒流反应3h,得到20 μ m长的纳米线；上述释放Ni纳米线的方法是将模板放入王水中5-10min，溶解氧化铝模板，释放出Ni纳米线，并用去离子水、乙醇清洗Ni纳米线；
[0096]纳米线的排列:将I X Icm2的硅片放入管式炉中高温氧化，保持1000°C氧化3h，得到表层为S12绝缘层的硅片；将该氧化处理过的硅片放入溶解有Ni纳米线的乙醇溶液中，加上5mT的均匀磁场，待乙醇溶液完全挥发，取出硅片；
[0097]纳米线的氧化处理:将上述硅片放入管式炉中，保持400°C，氧化2h，得到N1纳米线样品；
[0098]制备叉指电极:在制备好的大面积定向排列的N1纳米线样品上，利用光刻胶和掩膜技术，经光刻胶、掩膜曝光、清洗等常规步骤，使基片表面的N1纳米线排列形成分块排列的多个纳米线阵列。此后，再次进行光刻胶，选用双层胶工艺，底层胶甩胶为2000转/分钟，上层胶甩胶为6000转/分钟，利用掩膜技术曝光出叉指电极形貌，并用磁控溅射方法镀上Ag电极，厚度为500nm，用丙酮溶液清洗剩余光刻胶，得到叉指电极阵列；
[0099]连接引线:在叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，该引出的导线是直径为0.05mm的铜导线并用银胶结将其固定在电极上；叉指电极阵列皆是如此引出导线。然后再并联进直流电源7和示波器测量装置8 (内部电阻为IM Ω )，形成外部电路，即得到应用状态下的N1纳米线紫外光探测器阵列。
[0100]本实施例所得的紫外光照射该探测器阵列，每个探测器均可独立使用，由此完成紫外光的灵敏检测。在同一基片上制备多个紫外光探测器，为探测器生产的集成化和工业化提供了可能。
[0101]实施例3
[0102]本实施例提供一种N1纳米线紫外光探测器。如图3a所示，该N1纳米线紫外光探测器包括:用硅片制作的基底层1，氧化硅薄膜层2作为绝缘层，平行基底层和氧化硅薄膜层的有序排列的N1纳米线阵列，作为光敏层3，叉指电极4，从交叉电极引出的第一引线5和第二引线6 ;
[0103]S12薄膜层2平行附着在基底层I上；
[0104]光敏层3和叉指电极4分别平行设置在S12薄膜层2上，光敏层3和叉指电极4相接触连接，光敏层3设置在叉指电极4的上层；其中，叉指电极的两极为Ag电极，其膜厚为500nm,指宽为10 μ m、指间距为10 μ m、指长为Imm ；
[0105]第一引线5和第二引线6分别与叉指电极4的两个电极相连接；
[0106]光敏层3为平行于基底层的有序排列的N1纳米线阵列，其纳米线为平行排列的纳米线，其排列方向与叉指方向垂直，其长度为20 μ m，直径为200nm，分布密度为5000根/mmD
[0107]本实施例的N1纳米线紫外光探测器是通过下列方法制备得到的:
[0108]纳米线的生长:选用电化学沉积法，利用氧化铝模板直接生长Ni纳米线，用王水溶解掉模板以释放Ni纳米线。电化学沉积法的条件为:1.反应液为80g/L NiS04*6H20和45g/L Η3Β04，加入稀硫酸溶液，PH值调节至3 ;2.反应参数为保持6mA/cm2的恒流进行反应2min,保持3mA/cm2恒流反应3h,得到50 μ m长的纳米线；上述释放Ni纳米线的方法是将模板放入王水中5-10min，溶解氧化铝模板，释放出Ni纳米线，并用去离子水、乙醇清洗Ni纳米线；
[0109]制备叉指电极:将IX lcm2的单晶硅片放入管式炉中高温氧化，保持1000°C氧化3h，得到表层为Si02绝缘层的硅基底；在Si02薄膜层表面进行光刻胶，选用双层胶工艺，底层胶甩胶为2000转/分钟，上层胶甩胶为6000转/分钟，紫外曝光3s，曝光出叉指电极形貌，用磁控溅射的方法镀上金属电极，剥离剩余光刻胶，得到所需尺寸和形状的叉指电极；其中光刻胶采用旋涂方式，使用双层胶工艺，底层胶甩胶为2000转/分钟，上层胶甩胶为6000转/分钟；紫外曝光的时间为3s ;用磁控溅射的方法镀上Ag电极，厚度为500nm，磁控溅射的条件为保持腔体内压强为6.0X liTPa，溅射时间为lOmin ；
[0110]纳米线的排列:将生长有叉指电极的Si02/Si基底放入溶解有Ni纳米线的乙醇溶液中，加上5mT的均匀磁场，磁场方向与叉指方向垂直，待乙醇溶液完全挥发，取出硅片；
[0111]纳米线的氧化处理:将上述硅片放入管式炉中，保持400°C，氧化2h，得到N1纳米线.-^4 ，
[0112]连接引线:在叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，该引出的导线是直径为0.05mm的铜导线并用银胶结将其固定在电极上，即得到N1纳米线紫外光探测器。
[0113]本实施例提供的N1纳米线紫外光探测器是这样应用的:
[0114]将本实施例的N1纳米线紫外光探测器与现有技术类似产品的其他结构如直流电源、示波器测量装置等连接，形成应用状态下的N1纳米线紫外光探测器。
[0115]将N1纳米线紫外光探测器的第一引线和第二引线连接直流电源7正负极，如图3b所示，形成测试电路，用于测量1-V曲线图。
[0116]将N1纳米线紫外光探测器的第一引线和第二引线并联连接直流电源7和示波器测量装置8 (内部电阻为1ΜΩ)，如图3c所示，测量光开关特性。
[0117]用365nm的紫外光照射该探测器，电极间输出光生电压信号，并被示波器测量装置检测并记录，得到1-V曲线图，如图3d所示，从图中两条曲线对比可得，明场电流与暗场电流变化明显，明场电流可达暗场电流的6倍。
[0118]用模拟太阳光源照射该探测器，电极间输出光生电压信号，并被示波器测量装置检测并记录，由此完成紫外光的灵敏度检测，其1-V曲线图如图3e所示，从图中两条曲线对比可得，明场电流与暗场电流变化明显，明场电流可达暗场电流的10-20倍。其光生电压信号图如图3f所示，从图中上升、下降沿可以看出，探测器响应速度非常快，可达到3ms左右，远快于一般紫外光探测器的响应速度(秒级甚至百秒级)。
[0119]实施例4
[0120]本实施例提供一种N1纳米线紫外光探测器。如图4所示，该紫外光探测器的结构和制备方法与实施例一致，区别在于提高了纳米线的排列的步骤中、溶解有Ni纳米线的乙醇溶液中的Ni纳米线的浓度，即增加了 N1纳米线的分布密度，以满足器件对灵敏度和测量范围的实际需要。
[0121] 由上可见，本发明的紫外光探测器采用平行于基底的有序排列的N1纳米线，灵敏度高，测量范围广，可实现连续波段或特定波段的紫外光探测，制备简单，成本低廉，易于工业化生产，在实际应用中具有广阔前景。
【权利要求】
1.一种N1纳米线紫外光探测器，其特征在于:该探测器包括基底层、S12薄膜层、光敏层、叉指电极、第一引线和第二引线； 所述S12薄膜层平行附着在所述基底层上； 所述光敏层和所述叉指电极分别平行设置在所述S12薄膜层上，所述光敏层和所述叉指电极相接触连接，所述光敏层设置在所述叉指电极上层或者下层； 所述第一引线和所述第二引线分别与所述叉指电极的两个电极相连接； 所述光敏层为平行于基底层的有序排列的N1纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的N1纳米线紫外光探测器，其特征在于:所述N1纳米线阵列的纳米线为平行排列的纳米线，其排列方向与叉指方向垂直，其长度为5 μ m-50 μ m,直径为50-500nm，分布密度为1000-5000根/mm ;优选的，当所述光敏层设置在所述叉指电极下层时，N1纳米线阵列的纳米线的直径为200nm，分布密度为3000根/mm ;当所述光敏层设置在所述叉指电极上层时，N1纳米线阵列的纳米线的直径为200nm，分布密度为5000根/mmD
3.根据权利要求1所述的N1纳米线紫外光探测器，其特征在于:所述叉指电极的指宽为5-100 μ m、指间距为5-100μηι、指长为l_5mm ;优选的,所述叉指电极的两极为膜厚500nm-2 μ m的金属膜电极；更优选的，所述叉指电极的两极为Ag电极,其膜厚为500nm。
4.权利要求1-3任一项所述的N1纳米线紫外光探测器的制备方法，包括如下步骤: 纳米线的生长:用模板制备Ni纳米线，溶解模板，释放纳米线； 纳米线的排列:将单晶硅片高温氧化，在其表面形成S12薄膜层，在磁场中，将Ni纳米线排列于S12薄膜层表面； 纳米线的氧化处理:将排列好的Ni纳米线在高温中氧化得到N1纳米线； 制备叉指电极:在排有N1纳米线的S12薄膜层表面进行光刻胶，用掩膜技术将准备生长叉指电极的部分曝光清洗，用磁控溅射的方法镀上金属电极，洗掉剩余光刻胶； 连接引线:从叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，即得到N1纳米线紫外光探测器。
5.权利要求1-3任一项所述的N1纳米线紫外光探测器的制备方法，包括如下步骤: 制备叉指电极:将单晶硅片高温氧化，在其表面形成S12薄膜层，在S12薄膜层表面进行光刻胶，将准备生长叉指电极的部分曝光清洗，用磁控溅射的方法镀上金属电极，剥离剩余光刻胶； 纳米线的生长:用模板制备Ni纳米线，溶解模板，释放纳米线； 纳米线的排列:在磁场中，将Ni纳米线排列于金属电极的上层； 纳米线的氧化处理:将排列好的Ni纳米线在高温中氧化得到N1纳米线； 连接引线:从叉指电极的两极分别引出第一引线和第二引线，即得到N1纳米线紫外光探测器。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:所述进行光刻胶包括旋涂两层不同胶的步骤，其中，底层胶甩胶为1000-3000转/分钟，上层胶胶甩胶为3000-8000转/分钟。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:所述用模板制备Ni纳米线是利用氧化铝模板通过电化学沉积法制备Ni纳米线，其所用氧化铝模板的孔径为50-500nm，膜厚为50 μ m ;优选的，所述电化学沉积法进行的条件为:用NiSO4.6H20的稀硫酸溶液，保持3mA/cm2的恒流进行反应,反应时间为30min_3h。
8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:纳米线的排列包括将释放的Ni纳米线放于乙醇溶液中，然后将表面氧化形成S12薄膜层的硅片置于该溶液中，加l_50mT的磁场排列Ni纳米线，待乙醇溶液挥发完后取出硅片的步骤；或者， 纳米线的排列包括将释放的Ni纳米线放于乙醇溶液中，然后将在表面的S12薄膜层上镀有金属电极的单晶硅片置于该溶液中，加l_50mT的磁场排列Ni纳米线，待乙醇溶液挥发完后取出硅片的步骤。
9.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:所述纳米线的氧化处理为将排列好的Ni纳米线在管式炉中,4000C -8000C,氧化2h_8h，得到N1纳米线。
10.一种权利要求1-3任一项所述的N1纳米线紫外光探测器在探测紫外光强度中的应用。
【文档编号】B82Y40/00GK104332513SQ201410567389
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】相文峰, 贺卓, 董佳丽, 岳义, 赵昆 申请人:中国石油大学(北京)