CN102881762A - MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器 - Google Patents

Abstract

MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，采用双温区化学气相沉积方法制备MgZnO纳米线阵列，由此获得MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，其响应度高于现有MgZnO纳米线紫外光电探测器，属于半导体光电技术领域。本发明之MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器下电极位于硅衬底背面，MgZnO纳米线分布在硅衬底正面，上电极位于MgZnO纳米线上面，并与MgZnO纳米线欧姆接触，其特征在于，所述MgZnO纳米线竖直等高、整齐分布，构成MgZnO纳米线阵列。本发明用于环境污染监控、火焰光电探测、紫外预警以及通讯等领域。

Description

MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器

技术领域

本发明涉及一种MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，采用双温区化学气相沉积方法制备MgZnO纳米线阵列，由此获得MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，其响应度高于现有MgZnO纳米线紫外光电探测器，属于半导体光电技术领域。

背景技术

紫外探测是继红外探测之后的又一项军民通用的光电探测技术，尤其在紫外告警、紫外制导、火焰传感、气体探测与分析、环境污染监测等方面具有广泛的应用前景。目前，MgZnO宽禁带半导体材料是理想的紫外光电探测器材料之一，其形态包括MgZnO薄膜和MgZnO纳米线。MgZnO三元合金是由ZnO和MgO按一定的组分固溶而成，当MgO组分较低时为六方结构，反之则为立方结构。不论是MgZnO薄膜还是MgZnO纳米线，理论上通过改变Mg含量可以实现在3.3~7.8 eV范围内的带隙连续可调。同时，MgZnO三元合金还具有与之相匹配的衬底以及稳定的化学性能等优点。这些特点使得MgZnO紫外光电探测器能够应用于许多方面，例如：环境污染监控，火焰光电探测，紫外预警，以及通讯等。然而，MgZnO薄膜紫外光电探测器的响应度比较低，如只有0.2 A/W；另外，现有MgZnO纳米线紫外光电探测器由于纳米线呈散乱倒伏状态，致使探测器上电极与MgZnO纳米线接触不良，这不仅使得响应度降低，而且还导致响应度不稳定。

发明内容

本发明的目的是提高MgZnO紫外光电探测器的响应度，为此，我们发明了一种MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器。

本发明之MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器下电极位于硅衬底背面，MgZnO纳米线分布在硅衬底正面，上电极位于MgZnO纳米线上面，并与MgZnO纳米线欧姆接触，其特征在于，所述MgZnO纳米线竖直等高、整齐分布，构成MgZnO纳米线阵列。

本发明其技术效果在于，由于MgZnO纳米线竖直等高、整齐分布，有更多的MgZnO纳米线与上电极形成良好稳定的欧姆接触，光电流增益大，探测器响应度因此而提高且稳定。如采用双温区化学气相沉积方法制备带隙宽度为带隙宽度为4.20eV的MgZnO纳米线阵列，进而制作具有自下而上依次为下电极、硅衬底、MgZnO纳米线阵列、上电极这一垂直结构的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，在5V偏压下探测器暗电流I_dark小于108 μA，其最短光响应截止边W达到310 nm，响应峰值在269 nm处，响应度R达到107 A/W，并且紫外可见抑制比310nm/420nm大于3个量级。

附图说明

附图是本发明之MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器结构示意图，该图同时作为摘要附图。

具体实施方式

本发明之MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器下电极1位于硅衬底背面，见附图所示，下电极1为300~600 nm厚的铟膜，如500 nm，铟膜与硅衬底2具有良好的欧姆接触。MgZnO纳米线3分布在硅衬底2正面。上电极4位于MgZnO纳米线3上面，并与MgZnO纳米线3欧姆接触，上电极4为ITO导电玻璃。所述MgZnO纳米线3竖直等高、整齐分布，构成MgZnO纳米线阵列，MgZnO纳米线4高度为400~800nm，如500nm。MgZnO纳米线3中的Mg组分与Zn组分的摩尔百分比为(1~41):(99~59)，如Mg组分41%、Zn组分59 %。上电极4ITO导电玻璃的下表面与MgZnO纳米线3的上端欧姆接触。上电极4ITO导电玻璃由绝缘支撑物5自硅衬底3正面垫起，避免压倒MgZnO纳米线3。

下面通过MgZnO纳米线阵列的制备以及MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器的制作，进一步说明本发明。

采用双温区化学气相沉积的方法制备MgZnO纳米线阵列。采用双温区化学气相沉积管式炉，Zn源区为低温区，温度为500~520℃；如520℃，Mg源区为高温区，温度为600~700 ℃，如650℃。Mg源为纯度99.99%的Mg粉，Zn源为纯度99.99 %的Zn粉，Mg粉与Zn粉总质量为1.5 g。Mg源和Zn源摩尔比为(1~3):(3~19)，如2:3。升温速率为10 ℃/min，通入纯度为99.999 %的N₂与O₂的混合载气，流量比为99:1，当低温区、高温区达到各自的温度后保温0.5小时，在此期间在硅衬底2的（111）方向上制备出MgZnO纳米线3竖直等高、整齐分布的MgZnO纳米线阵列，见附图所示。MgZnO纳米线4高度为400~800nm，如500nm。MgZnO纳米线3中的Mg组分与Zn组分的摩尔百分比为(1~41):(99~59)，如Mg组分41 %、Zn组分59 %。

之后制作MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器。第一步采用真空热蒸发的方法，在硅衬底2背面上蒸镀300~600 nm厚的铟膜作为下电极1，如500 nm。第二步在MgZnO纳米线阵列上面覆盖ITO导电玻璃作为上电极4，上电极4ITO导电玻璃的下表面与MgZnO纳米线3的上端欧姆接触，并且，上电极4ITO导电玻璃由绝缘支撑物5自硅衬底3正面垫起，见附图所示，避免压倒MgZnO纳米线3。至此制作完成具有自下而上依次为下电极1、硅衬底2、MgZnO纳米线阵列、上电极4这一垂直结构的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器。

通过对所制备的MgZnO纳米线阵列进行XRD表征，呈现六方结构，没有出现立方相。利用微区光致发光谱测量，经过计算，带隙宽度为3.3~7.8 eV范围内的某一值，如4.20 eV。通过半导体测试仪对所制作的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器进行测试，得到了具有整流效应的肖特基型I-V曲线，在5 V偏压下探测器暗电流I_dark小于108~1200 μA范围内的某一值，如小于108 μA，其光响应截止边W为310~360 nm范围内某一值，如最短为310 nm，响应峰值位于269~351 nm范围内某一值处，如位于269 nm处，响应度R达到107~320 A/W范围内的某一值，如107 A/W，紫外可见抑制比为310~360nm/420nm，如310nm/420nm大于3个量级。

Claims (5)

1.一种MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，下电极位于硅衬底背面，MgZnO纳米线分布在硅衬底正面，上电极位于MgZnO纳米线上面，并与MgZnO纳米线欧姆接触，其特征在于，所述MgZnO纳米线竖直等高、整齐分布，构成MgZnO纳米线阵列。

2.根据权利要求1所述的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，其特征在于，MgZnO纳米线（4）高度为400~800nm。

3.根据权利要求1所述的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，其特征在于，MgZnO纳米线（3）中的Mg组分与Zn组分的摩尔百分比为(1~41):(99~59)。

4.根据权利要求1所述的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，其特征在于，上电极（4）的下表面与MgZnO纳米线（3）的上端欧姆接触。

5.根据权利要求1所述的MgZnO纳米线阵列紫外光电探测器，其特征在于，上电极（4）由绝缘支撑物（5）自硅衬底（3）正面垫起。

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