CN102544379B - 方酸单根纳米线和n型硅异质结光电探测器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器及其制备方法,所述探测器自上而下依次由方酸单根纳米线、金电极、绝缘衬底、N型硅迭置而成,当在两电极之间搭上方酸的单根纳米线时,则构筑出异质结器件,其中N型硅既为电极又为异质结中的N型材料;该器件在暗场、亮场、控温、真空环境下均显示出明显的整流信号,然而当以一定波长范围的单色光照射且施以负压时,出现反向电导增强的现象,原因是光照使得SQ的载流子浓度升高,p-n结变薄,当施加反向偏压的时候,载流子更容易隧穿过结区,出现反向电导升高的现象。本发明结构简单,灵敏度高,成本低,易于实现。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域,具体涉及方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器及制备方法。
背景技术
目前研究较多且运用于实际中的探测器主要是无机探测器,其中以Si基、Ti基、GaN基以及ZnO基紫外光探测器为代表。有机材料尤其是有机小分子材料由于具有柔性、易裁剪性、结构及性能方面的多样性等诸多优点,近年来受到广泛关注。然而其在光电探测器应用方面的研究至今较少。方酸染料作为有机小分子材料的一类,是一种重要的有机光电功能染料,具体而言:光吸收波长范围是400nm-800nm; P型半导体材料;光响应迅速,电流开关比值较大。
发明内容
本发明是基于当今无机探测器的研究日益成熟,而有机材料尤其是具有诸多优点的有机小分子材料(柔性、结构及性能的多样性、官能团易裁剪性)应用于探测器方面的研究较少。为了充分利用有机小分子材料的优势,我们选用光电性能较好的有机小分子染料方酸,制备出方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器。该发明在暗场、白光、控温、真空环境下均显示出明显的整流信号,且当以一定波长范围的单色光(400nm-800nm)照射且施以负压时,出现反向电导增强的现象(即光电探测的依据)。
为实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器,所述探测器自上而下依次由方酸单根纳米线、金电极、绝缘衬底、N型硅迭置而成,即所述方酸单根纳米线的一端与所述金电极连接,所述金电极与所述绝缘衬底连接,所述绝缘衬底与所述N型硅连接。
进一步的,所述方酸单根纳米线中的方酸为
2,4-bis[4-(N,N-dimethylamino)phenyl]squaraine,是一种具有较强光电导性的有机小分子材料,其分子式是 C20H20O2。
进一步的,所述金电极的尺寸为400μm×400μm,厚度为50nm。
进一步的,所述绝缘衬底为厚度为300nm的二氧化硅。
方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器的制备方法,按如下步骤进行:
a、利用光刻方法在表面氧化层厚度为300nm的N型硅片上面光刻出500μm×500μm的方块图形;
b、显影并刻蚀,选择性的将方形图形区域外的二氧化硅层刻蚀去除,制备出岛屿状500μm×500μm的方块二氧化硅图案;
c、进行二次光刻,在岛屿状500μm×500μm的方形二氧化硅图案正中光刻出400μm×400μm的方块电极图形;
d、通过磁控溅射或电子束沉积方法在方块电极的图形上制备出400μm×400μm的方块电极,电极材料为Au;
e、采用“溶剂挥发法”,制备出方酸单根纳米线,并滴加到制备好的电极上面。在显微镜的帮助下,挑选出能够准确搭在N型硅和金电极之间的方酸单根纳米线。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、 该发明对可见光敏感,为有机/无机光电探测器。
2、 该发明的器件结构简单,灵敏度高。
3、 该发明成本低,易于实现。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的暗场及白光环境下的I-V(电流-电压)曲线;
图3为本发明在电压为7V,周期性变换暗场和白光环境下的I-T(电流-时间响应)曲线;
图4为本发明在控温环境下的I-V曲线;
图5为本发明在真空环境下的I-V曲线;
图6为本发明在白光及550nm光激发下的I-V曲线;
图7为本发明在450nm、500nm、550nm波长的单色光激发下的I-V曲线。
图中标号说明:1.方酸单根纳米线,2.金电极,3.绝缘衬底,4.N型硅。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例,来详细说明本发明。
参见图1所示,本实施例中方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器自上而下依次由方酸单根纳米线1,金电极2,绝缘衬底3,N型硅4迭置而成,即所述方酸单根纳米线1的一端与所述金电极2连接,所述金电极2与所述绝缘衬底3连接,所述绝缘衬底3与所述N型硅4连接。
进一步的,所述方酸单根纳米线1中的方酸为
2,4-bis[4-(N,N-dimethylamino)phenyl]squaraine,是一种具有较强光电导性的有机小分子材料,其分子式是 C20H20O2。
进一步的,所述金电极2的宽度为400μm×400μm,厚度为50nm。
进一步的,所述绝缘衬底3为厚度是300nm的二氧化硅。
方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器的制备方法,按如下步骤进行:
a、利用光刻方法在表面氧化层厚度为300nm的N型硅片上面光刻出500μm×500μm的方块图形。
b、显影并刻蚀,选择性的将方形图形区域外的二氧化硅层刻蚀去除,制备出岛屿状500μm×500μm的方块二氧化硅图案。
c、进行二次光刻,在岛屿状500μm×500μm的方形二氧化硅图案正中光刻出400μm×400μm的方块电极图形;
d、通过磁控溅射或电子束沉积方法在方块电极的图形上制备出400μm×400μm的方块电极,电极材料为Au。
e、采用“溶剂挥发法”,制备出方酸纳米线。具体为:首先配制出浓度为9mg/L的方酸的二氯甲烷溶液,然后取1ml溶液缓慢滴加到含有5ml水的2.5cm×2.5cm称量瓶中(内含磁子),在溶剂挥发的同时进行磁力搅拌。待溶剂挥发完毕,水的表面漂浮着方酸的纳米线。将方酸纳米线滴加到制备好的电极上面。且在显微镜的帮助下,挑选出能够准确搭在金电极和N型硅电极上之间的方酸单根纳米线。
f、利用Keithley 4200-SCS测量不同环境下(暗场、白光、控温、真空)方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器的伏安特性。如图3所示,SQ在白光下有光响应,其在白光下的开启电压(5.3V)明显小于暗场的开启电压(6.3V)。如图4所示,控温环境下,器件依旧显示整流信号,且随着温度的降低,电流在变小。这是因为随着温度的降低,SQ载流子的活性在降低。如图5所示,真空环境下的电流要高于常压,这是由于抽真空时带走了水汽, SQ载流子更易流通所致。
g、利用Keithley 4200-SCS测量当电压固定为7V,且测量环境周期性变换(暗场和白光)的情况下,方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器的电流-时间曲线。如图3所示,SQ在白光下光响应迅速。
h、采用-7V-7V的电压和波长为450nm、500nm、550nm的单色光,分别测试方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器的伏安特性。如图6所示,在电压为-7V时,光电流与暗电流的比值高达3.89 x104。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器,其特征在于:所述探测器自上而下依次由方酸单根纳米线(1)、金电极(2)、绝缘衬底(3)、N型硅(4)迭置而成,即所述方酸单根纳米线(1)的一端与所述金电极(2)连接,且所述纳米线(1)的另一端与所述N型硅(4)连接,所述金电极(2)与所述绝缘衬底(3)连接,所述绝缘衬底(3)与所述N型硅(4)连接。
2.根据权利要求1所述的方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器,其特征在于:所述方酸单根纳米线(1)中的方酸为
2,4-bis[4-(N,N-dimethylamino)phenyl]squaraine,
是一种具有较强光电导性的有机小分子材料,其分子式是 C20H20O2,结构式是:
。
3.根据权利要求1所述的方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器,其特征在于:所述金电极(2)的尺寸为400μm×400μm,厚度为50nm。
4.根据权利要求1所述的方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器,其特征在于:所述绝缘衬底(3)为厚度为300nm的二氧化硅。
5.方酸单根纳米线和N型硅异质结光电探测器的制备方法,其特征在于,按如下步骤进行:
a、利用光刻方法在表面氧化层厚度为300nm的N型硅片上面光刻出500μm×500μm的方块图形;
b、显影并刻蚀,选择性的将方形图形区域外的二氧化硅层刻蚀去除,制备出岛屿状500μm×500μm的方块二氧化硅图案;
c、进行二次光刻,在岛屿状500μm×500μm的方形二氧化硅图案正中光刻出400μm×400μm的方块电极图形;
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