本发明涉及光探测领域，确切地说是一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法及其用途。
背景技术：
具有特定成分的一维纳米材料被广泛用来提高光探测器性能，同时也可以用来实现器件的微型化。根据光探测器的工作模式，可将其分为两类：光电导探测器和光电二极管。就光电导探测器而言，吸收一个能量大于带隙能量的光子，就可以产生一对电子-空穴对，并以此来改变光敏材料的电导。一般来说，载流子迁移率高的材料有助于获得高响应度的光电导探测器，因为光生载流子可以在外电路中循环很多次。矛盾地是，由于它的载流子浓度高，必然会导致较大的暗电流以及较小的开关比，从而限制了包括信噪比和灵敏度在内的器件性能的提高。更糟糕的是，这个光电导器件的吸光层和沟道面积是一样的，也就是说，这个器件的吸光层和沟道形成了一个不可分割的整体。因此，通过减小沟道面积去抑制暗电流且保持大的光电流或者是通过增大光吸收层的面积去提高光电流且保持低的暗电流的想法是不可能实现的。
实现光探测器在图像传感器等各种技术上的应用的前提是器件产率达到100%且性能均一的光探测器阵列的集成。有实验室把随机分散的纳米线组装成具有特定取向水平纳米线阵列，实现了基于纳米线水平阵列的图像传感器的构筑。然而，器件产率只有80%，并且器件的性能差异达到了两个数量级，从而阻碍了这种基于水平纳米线阵列的图像传感器的进一步应用。同时，这种组装过程不可避免地限制了基于一维纳米结构的大面积图像传感器的构筑。最近，有课题组通过精确的使用基于单根纳米棒的器件作为一个像素，制备出了基于zno竖直纳米棒阵列的图像传感器，其中器件产率达到100%，而且器件的性能均一性较好。然而，这种方法需要依靠电子束曝光系统，进而不能实现的大规模图像传感器的低成本构筑。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法及其用途。
上述目的通过以下方案实现：
一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
(1）在含有氧化硅层的硅片基底上用电子束蒸发沉积图形化zns薄膜，然后，将图形化zns薄膜在空气中500-510℃氧化2-2.5h，使其变成图形化的zno薄膜，将其作为制备竖直zno纳米棒阵列的种子层；
(2)在步骤（1）所得的图形化的zno薄膜种子层上使用光刻技术固定电极图形，在种子层上沉积cr和au作为源漏极，将所得带有电极的图形化zno种子层的基底，正面朝下，悬浮在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的混合制备的生长液中，加热到90-95℃，保温3.5-4.5h后，所得样品用去离子水冲洗，即得带有au/cr电极的竖直zno纳米棒阵列，即为光探测器。
所述的一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：所述的硅片基底含有300nm氧化硅层。
所述的一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：所述的图形化zns薄膜为厚度10nm、尺寸为20×20μm的图形化zns薄膜。
所述的一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：步骤（1）中电子束蒸发沉积所用靶材是纯度为99.99%和尺寸为毫米级的zns晶体。
所述的一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：步骤（2）中在种子层上沉积沉积5nmcr和10nmau作为源漏极
所述的一种基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的制备方法，其特征在于：六水合硝酸锌和六次甲基四胺的混合制备的生长液中，六水合硝酸锌浓度为0.05m，六次甲基四胺浓度为0.05m。
所述的基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器的用途，其特征在于：其可以被用作图像传感器。
一种基于zno竖直纳米棒阵列的光电导探测器，它的吸光层是从器件沟道中分离出来的。在底部，每根纳米棒之间彼此相连形成致密层，在致密层以上的部分，相邻的纳米棒之间存在间隙。光生载流子沿着纳米棒的轴向，通过在底部的纳米棒之间的结点传输到外电路。结果表明，光电流随着纳米棒长度的增加而增加，而且暗电流几乎保持不变，从而器件的开关随着纳米棒长度的增加而增加。纳米棒长度为2.5μm时，开关比最高可达到300，相比于传统的基于水平zno纳米棒的光导体的开关比2.4，通过这种方法制备出的器件开关比提高了两个数量级。这种方法制备的基于zno竖直纳米棒阵列的光电导探测器的响应度高达2.6×105a/w，探测能力高达8.0×1013jones，可探测到的光强度低至1μw/cm2。更重要的是，把自上而下和自下而上两种方法结合在一起，使得基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器阵列的器件产率达到100%。最后，基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器被用作高性能且性能均一的图像传感器。
本发明的有益效果为：
(1)zno竖直纳米棒阵列的吸光层是从器件沟道中分离出来的，光电流随着纳米棒长度的增加而增加，而暗电流几乎保持不变，这样使得器件的开关比很大；
(2)基于竖直zno纳米棒阵列的光探测器阵列的器件产率达到100%；
(3)基于竖直zno纳米棒阵列的光探测器可被用作高性能图像传感器，而且具有较好的性能均一性；
(4)工艺简单，成本低廉，具有较好的实用价值。
具体实施方式
1.一种基于zno竖直纳米棒阵列的光电导探测器制备过程：
(1)制备图形化的zno种子层：结合光刻技术，在含有300nm氧化硅层的硅片基底上用电子束蒸发沉积厚为10nm、尺寸为20×20μm的图形化zns薄膜，电子束沉积所用靶材是纯度为99.99%和尺寸为毫米级的zns晶体。然后，将这种图形化zns薄膜在空气中500℃氧化2h，使其变成图形化的zno薄膜。这种图形化的zno薄膜作为制备竖直zno纳米棒阵列的种子层。
(2)竖直zno纳米棒阵列的制备：在图形化的zno种子层上使用光刻技术固定电极图形，在种子层上沉积5nmcr和10nmau作为源漏极。随后，将这个带有电极的图形化zno种子层的基底，正面朝下，悬浮在0.05m六水合硝酸锌和0.05m六次甲基四胺的混合制备的生长液中，加热到90℃，保温不同时间。最后，取出来的样品用去离子水冲洗，就成功的制备出了带有au/cr电极的竖直zno纳米棒阵列，即为光探测器。
其中光刻技术具体操作：光刻的目的是在含有300nm氧化硅层的硅片基底上，得到尺寸为20×20μm的图形。具体操作是：在含有300nm氧化硅层的硅片基底上，用匀胶机旋涂光刻胶，然后在加热台上80度烤5min,接着在紫外深度光刻机上装上掩膜版，这个掩膜版上有20×20μm的图形，将硅片基底在光刻机里曝光后，放到显影液里显影，再用去离子水冲洗，吹干，就在硅片基底上得到了20×20μm的图形，接下来再拿去镀膜。
2、一种基于zno竖直纳米棒阵列的光电导探测器测试方法：以不同波长的led灯作为光源，用半导体参数分析仪系统(keithley2636b)对竖直zno纳米棒阵列的光探测器的电学和光电导性能进行测试。
基于zno竖直纳米棒阵列的光电导探测器的响应度高达2.6×105a/w，探测能力高达8.0×1013jones，可探测到的光强度低至1μw/cm2。更重要的是，把自上而下和自下而上两种方法结合在一起，使得基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器阵列的器件产率达到100%。最后，基于zno竖直纳米棒阵列的光探测器被用作高性能且性能均一的图像传感器。