CN103227230B - 一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器及其制备方法 - Google Patents
一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器及其制备方法。该探测器包括有衬底、衬底上的叉指状ZnO薄膜种子层、蒸镀在ZnO种子层顶部的叉指状金属电极以及在叉指状ZnO薄膜种子层侧面生长的ZnMgO纳米线。本发明中ZnMgO纳米线具有高的比表面积，可以有效实现光生载流子的分离，具有更高的光电流增益，器件制作工艺简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，具体为一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器及其制备方法。
背景技术
ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，在半导体激光器、短波发光二极管、薄膜晶体管以及紫外探测器等光电器件领域具有重要的应用前景。掺入Mg后，由于MgO室温下禁带宽度为7.8eV，因此形成的三元半导体材料ZnMgO的带隙在3.37 eV~7.8eV之间连续可调，禁带宽度变化对应波长范围为159~368nm，完全覆盖了在近地大气中几乎不存在的所谓日盲区(200~280 nm) 紫外辐射波段。而且ZnO基光功能材料相比GaAs、GaN、InP、Si、SiC等化合物半导体具有更好的空间抗辐照特性，这使得ZnMgO材料在日盲区紫外探测器领域引起广泛关注。ZnMgO基日盲区紫外探测器通常可分为薄膜型和一维结构型（如纳米线、纳米棒等），与薄膜材料相比一维纳米材料具有高的比表面积，可以有效实现光生载流子的分离，具有更高的光电流增益，在紫外探测方面具有更大的优势。目前，ZnMgO一维结构通常是利用各种方法在垂直于衬底的方向上生长，这就存在器件电极的制作困难和器件与其他半导体器件的集成困难等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器及其制备方法，该探测器基于一维ZnMgO 纳米线，该一维ZnMgO纳米线为侧向生长。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，其特征在于：包含衬底，衬底上设置有叉指状的ZnO薄膜种子层，ZnO薄膜种子层上设置有与ZnO薄膜种子层形状匹配的叉指状的金属电极，ZnO薄膜种子层叉指之间还侧向生长有ZnMgO纳米线。
所述的一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，其特征在于：所述衬底为制备薄膜材料常用的绝缘材料，优选玻璃，或石英，或蓝宝石材料。
所述的一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，其特征在于：所述金属电极的材料为任意金属材料，优选Au材料，或者Pt材料，或者Ag材料，或者Al材料，或者Ti材料，或者Cr材料，或者Cu材料。
一种制备侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选择绝缘材料作为衬底，将衬底按常规工艺清洗并吹干；
（2）采用薄膜沉积技术在衬底上依次生长ZnO薄膜种子层和金属电极；
（3）利用传统光刻工艺和剥离技术将ZnO 薄膜种子层和金属电极刻蚀成叉指状；
（4）采用纳米生长技术在叉指状 ZnO 薄膜种子层叉指之间侧向生长ZnMgO 纳米线，获得侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器。
所述的一种制备侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器的方法，其特征在于：所述薄膜沉积技术为常规薄膜制备方法，优选溶胶凝胶法、或磁控溅射法、或脉冲激光沉积法、或热蒸发法。
所述的一种制备侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器的方法，其特征在于：所述纳米生长技术为常规纳米结构制备方法，优选化学气相沉积法、或水热法、或金属有机气相外延法。
本发明的优点是：
1. 一维纳米线具有高的比表面积，可以有效实现光生载流子的分离，具有更高的光电流增益。
2. 利用侧向生长的一维 ZnMgO 纳米线直接构筑日盲区紫外探测器，无需对纳米结构进行后处理操纵。制备工艺简单，衬底表面无污染，是一种新型、有效的纳米器件制作方法。
附图说明
图1为本发明侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示。一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，由衬底1、叉指状ZnO薄膜种子层2、叉指状金属电极3和ZnMgO纳米线4组成。衬底可以是制备薄膜材料常用绝缘衬底材料，优选玻璃、或石英、或蓝宝石材料。叉指状ZnO薄膜种子层2生长在绝缘衬底1表面。叉指状金属电极3覆盖在叉指状ZnO薄膜种子层2的表面，叉指状金属电极3既担当了电极的作用，又起到了抑制ZnMgO纳米结构沿垂直方向的生长的作用，叉指状金属电极3可以是各种金属材料，如Pt、Au、Ag、Al、Ti、Cr、Cu。ZnMgO纳米线4生长在叉指状ZnO薄膜种子层2的叉指侧面。
现以实验室制备为例，非限定实施例叙述如下：
实施例：
a. 以石英材料作为绝缘衬底，分别在去离子水、无水乙醇、丙酮中超声振荡清洗10 分钟，并用氮气吹干；
b. 采用脉冲激光沉积技术在石英衬底上生长一层厚度约为150nm的ZnO薄膜种子层；
c. 利用真空镀膜机在ZnO薄膜种子层表面上涂覆一层厚度约为50nm 的金膜用作电极。
d. 利用传统光刻工艺和剥离技术将ZnO薄膜种子层和金电极刻蚀成叉指状，指长500μm，指宽5μm，指间距5μm。
e. 将上述电极放入水热反应釜中，采用水热法在叉指状 ZnO 种子层侧面生长ZnMgO 纳米线。获得侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器。
Claims (6)
1.一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，其特征在于：包含衬底，衬底上设置有叉指状的ZnO薄膜种子层，ZnO薄膜种子层上设置有与ZnO薄膜种子层形状匹配的叉指状的金属电极，ZnO薄膜种子层叉指之间还侧向生长有ZnMgO纳米线。
2.根据权利要求1所述的一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，其特征在于：所述衬底材料为玻璃，或石英，或蓝宝石材料。
3.根据权利要求1所述的一种侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器，其特征在于：所述金属电极材料为Au材料，或者Pt材料，或者Ag材料，或者Al材料，或者Ti材料，或者Cr材料，或者Cu材料。
4.一种制备侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选择绝缘材料作为衬底，将衬底按常规工艺清洗并吹干；
（2）采用薄膜沉积技术在衬底上依次生长ZnO薄膜种子层和金属电极；
（3）利用传统光刻工艺和剥离技术将ZnO 薄膜种子层和金属电极刻蚀成叉指状；
（4）采用纳米生长技术在叉指状 ZnO 薄膜种子层叉指之间侧向生长ZnMgO 纳米线，获得侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器。
5.根据权利要求4所述的一种制备侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器的方法，其特征在于：所述薄膜沉积技术为溶胶凝胶法、或磁控溅射法、或脉冲激光沉积法、或热蒸发法。
6.根据权利要求4所述的一种制备侧向生长ZnMgO纳米线日盲区紫外探测器的方法，其特征在于：所述纳米生长技术为化学气相沉积法、或水热法、或金属有机气相外延法。
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