CN105140331A - 紫外探测器 - Google Patents
紫外探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105140331A CN105140331A CN201510468213.1A CN201510468213A CN105140331A CN 105140331 A CN105140331 A CN 105140331A CN 201510468213 A CN201510468213 A CN 201510468213A CN 105140331 A CN105140331 A CN 105140331A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultraviolet detector
- pillar
- nano
- membrane electrode
- ultraviolet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 claims description 49
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 45
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 15
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 11
- 229960001296 zinc oxide Drugs 0.000 claims description 10
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NJSSICCENMLTKO-HRCBOCMUSA-N [(1r,2s,4r,5r)-3-hydroxy-4-(4-methylphenyl)sulfonyloxy-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan-2-yl] 4-methylbenzenesulfonate Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)O[C@H]1C(O)[C@@H](OS(=O)(=O)C=2C=CC(C)=CC=2)[C@@H]2OC[C@H]1O2 NJSSICCENMLTKO-HRCBOCMUSA-N 0.000 claims description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 glycol ester Chemical class 0.000 claims description 3
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 15
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 16
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 2
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000009610 hypersensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000037338 UVA radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000371 poly(diallyldimethylammonium chloride) polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种紫外探测器，包括阵列的三维半导体纳米柱、平板状的透明薄膜电极和平板状的导电衬底，所述半导体纳米柱的顶部端面与所述透明薄膜电极的一侧表面连接，底部端面与所述导电衬底的一侧表面连接，且所述透明薄膜电极与导电衬底互相平行；所述导电衬底与透明薄膜电极之间连接有电源和电流检测单元，从而形成一个闭合回路，该闭合回路用于测定阻值变化。该紫外探测器具有与当前紫外探测器类似的大小和整体薄膜形状，由大量的竖直纳米柱阵列替代了整体的薄膜结构，能够在保持接收紫外线二维面积不变的情况下，通过增大半导体材料的表面积，从而增加紫外探测器灵敏度，成功突破当前紫外探测器的灵敏度极限，实现超高精度纳米紫外探测器。
Description
技术领域
本发明涉及光电传感器技术领域，特别是指一种高灵敏度的纳米紫外探测器。
背景技术
紫外线辐射是大自然中最强的一种辐射，人眼看不见这种紫外辐射，其波长范围为180～400nm，具体分为UVC辐射(180～280nm)、UVB辐射(280～320nm)、UVA辐射(320～400nm)。紫外辐射对有机物与无机物都有很强的影响。此处最重要的应用是对物质的UVC照射，清除饮料、废水、食物、空气与加工水中的微生物污染。对有机材料进行UV光照射，可以修改塑料与聚合物的材料特性。紫外辐射还可以增强透镜的硬度，调节涂漆的表面特性，快速固化牙齿填充物。火焰也会发出低强度UV辐射光，从而可以通过测量UV辐射进行火焰探测。太阳发出强烈的紫外线辐射，5％的太阳光为UV辐射光。太阳紫外线辐射对地球上的人类与动物及其重要，因为只有UV光可以促进一些重要维生素的合成。太阳紫外线辐射也有一些负面影响。紫外线辐射对人眼有害，眼睛与皮肤不能接收过多的太阳紫外线辐射。因此对紫外线强度的精确测量与控制就显得尤其重要。
紫外线探测器是光电传感器的一种，能够将紫外线信号转换成可测量的电信号。目前，用于半导体紫外探测器研究的材料主要有GaN、ZnO、金刚石以及SiC。其中GaN是人们研究最多，也相对最成熟的，已有相应的商业化器件，其优点是与AlN形成AlGaN合金后带隙可在3.4～6.2eV间进行调解，理论上讲，利用这种材料研制的本征型紫外探测器的截止波长对应地可以连续从365nm变化到200nm。但是，目前存在的主要问题是高铝组分AlGaN材料的制备还有一定的难度，尤其是单晶体的制备。另外，金刚石具有高达5.5eV的带隙，也是很受关注的紫外探测材料，但是由于其制备成本相对较高，而且材料质量仍有待提高，目前研究与应用较少。SiC具有多种多型，其带隙可以从3C构型的2.2eV变化至2H构型的3.4eV，可以满足“大气日盲区”型紫外探测器的响应范围。4H构型SiC带隙为3.2eV，对应的截止波长为380nm，因此可以用于制作日盲型紫外波段的探测器；6H构型SiC带隙为3.0eV，对应的截止波长为412nm，因此可以用于制作全紫外波段的探测器。SiC材料最大的优点是能够在高温环境下工作，且抗辐射、耐腐蚀，所制作的器件具有响应快、效率高的特点，因此受到人们的广泛关注。
根据基本工作方式的不同，宽禁带半导体紫外探测器可以分为光电导探测器(无结器件)和光生伏特探测器(结型器件)，其中光生伏特探测器又分为肖特基势垒型、金属-半导体-金属型、pn结型、pin结型等。但是，目前这些已经应用的基于以上所述半导体薄膜结构的紫外探测器，其探测灵敏度均在10A/W以内，对于微弱的紫外光难以测量。当紫外线照射薄膜材料的表面时，其光生载流子随薄膜表面积增大而增长，但所测量的薄膜阻值又随薄膜面积的增大而加大。因此，增大半导体薄膜面积和降低薄膜电阻不能同时获得，在现有技术基础上，进一步提高紫外传感器的灵敏度，十分困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种紫外探测器，以提高其灵敏度。
基于上述目的，本发明提供的紫外探测器紫外探测器包括阵列的三维半导体纳米柱、平板状的透明薄膜电极和平板状的导电衬底，所述半导体纳米柱的顶部端面与所述透明薄膜电极的一侧表面连接，底部端面与所述导电衬底的一侧表面连接，且所述透明薄膜电极与导电衬底互相平行；
所述导电衬底与透明薄膜电极之间连接有电源和电流检测单元，从而形成一个闭合回路，该闭合回路用于测定阻值变化。
在本发明的一些实施例中，在透明薄膜电极和导电衬底的角位置之间连接有电源和电流检测单元，从而形成一个闭合回路，。
在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱为宽带半导体纳米柱。
在本发明的一些实施例中，所述纳米柱的横截面为多边形或者圆形。
在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱选自氧化锌纳米柱和氮化镓纳米柱中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述纳米柱的半径40-60纳米，高度为600-1000nm。
在本发明的一些实施例中，所述三维半导体纳米柱的表面经高分子氧化还原材料镀膜修饰，所述表面修饰材料选自聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚苯乙烯硫酸酯中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述导电衬底包括柔性衬底和沉积于该柔性衬底上的半导体氧化锌薄膜，所述氧化锌半导体薄膜与所述纳米柱的底部端面相连。
在本发明的一些实施例中，所述柔性衬底选自聚对苯二甲基乙二醇酯。
在本发明的一些实施例中，所述透明薄膜电极选自金属透明薄膜电极或者掺锡氧化铟透明薄膜电极。
在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱垂直于所述透明薄膜电极和导电衬底。
从上面所述可以看出，本发明提供的紫外探测器具有与当前紫外探测器类似的大小和整体薄膜形状，由大量的竖直纳米柱阵列替代了整体的薄膜结构，能够在保持接收紫外线二维面积不变的情况下，通过增大半导体材料的表面积，从而增加紫外探测器灵敏度，成功突破当前紫外探测器的灵敏度极限，实现超高精度纳米紫外探测器。该紫外探测器利用了完全不同于当前基于半导体薄膜的紫外传感器结构与机理，大幅度提高了材料的光电相应强度。同时，利用截然不同的器件结构和简单加工手段，使该紫外探测器具有超高灵敏度>800A/W，是现今紫外探测器灵敏度的100倍。本发明这一原创性的科技突破，使应用广泛的紫外探测器灵敏度获得革命性的提高。
附图说明
图1为本发明实施例的紫外探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例的紫外探测器的扫描电子显微镜照片；
图3为本发明实施例的紫外探测器的界面原理图；
图4为本发明实施例的紫外探测器与当前典型紫外线探测器的对比图。
其中：1、半导体纳米柱，2、透明薄膜电极，3、导电衬底，4、电流表，5、电源，6、紫外线
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的紫外探测器包括阵列的三维半导体纳米柱、平板状的透明薄膜电极和平板状的导电衬底，所述半导体纳米柱的顶部端面与所述透明薄膜电极的一侧表面连接，底部端面与所述导电衬底的一侧表面连接，且所述透明薄膜电极与导电衬底互相平行；所述导电衬底与透明薄膜电极之间连接有电源和电流检测单元，从而形成一个闭合回路，该闭合回路用于测定阻值变化。
参见图1，其为本发明实施例的紫外探测器的结构示意图。在本发明的一个实施例中，所述紫外探测器包括阵列的三维半导体纳米柱1、平板状的透明薄膜电极2和平板状的导电衬底3，所述半导体纳米柱1的顶部端面与所述透明薄膜电极2的一侧表面连接，该半导体纳米柱1的底部端面与所述导电衬底3的一侧表面连接，且所述透明薄膜电极2与导电衬底3互相平行。在材料上，优选光电特性强的半导体材料，更为优选地，使用极强光电效应的新型半导体，例如氧化锌纳米柱和氮化镓纳米柱等，可以显著增强像素的光电效应。用从底到顶的合成方法或者从顶到底的加工方式制备得到三维的半导体纳米柱1，作为像素点的基本材料，所述三维半导体纳米柱对光强具有显著的放大作用。优选地，所述半导体纳米柱1垂直于所述透明薄膜电极2和导电衬底3。进一步地，导电衬底3的另一侧表面与绝缘衬底相连。
需要说明的是，紫外传感器是探测是否有紫外线，一般是紫外线照射整个探测器表面，探测器可以通过电阻变化传感环境中的紫外线有无和强弱，不是定位紫外光点。所以，紫外传感器只有一个回路，即连接顶、底平面电极的回路。
参见图2，其为本发明实施例的紫外探测器的扫描电子显微镜照片，半导体纳米柱1阵列嵌入在绝缘介质中，上下两端分别连接薄膜透明薄膜电极2和导电衬底3，形成三明治结构，进而制备成具有超大表面积的半导体结构，同时不增加宏观平面面积，实现超高灵敏度的纳米紫外探测器。在本发明的一个实施例中，所述半导体纳米柱1为宽带半导体纳米柱。
在本发明的另一个实施例中，所述透明薄膜电极2可以是金属透明薄膜电极或是ITO透明薄膜电极。优选地，所述透明薄膜电极2选自金电极。
在本发明的一个实施例中，所述导电衬底3包括柔性衬底和沉积于该柔性衬底上的半导体氧化锌薄膜，所述氧化锌半导体薄膜与所述纳米柱1的底部端面相连。在本发明的另一个实施例中，所述柔性衬底选自聚对苯二甲基乙二醇酯(PET)。
进一步地，参见图1，所述透明薄膜电极2和导电衬底3之间连接有电源和电流检测单元，从而形成一个闭合回路，该闭合回路用于测定阻值变化。当紫外线穿过顶电极照射三维纳米结构阵列，激发形成自由电子，降低半导体阻值，进而实现对紫外线的探测。该紫外探测器具有与当前紫外探测器类似的大小和整体薄膜形状，只是半导体薄膜是由大量的竖直纳米柱阵列构成，探测器的顶、底电极(透明薄膜电极2和导电衬底3)之间加恒定电压，监控回路中电流的变化，当紫外线照射传感器表面，回路中的阻值变化，即可探测紫外线。由于这一结构具有巨大的半导体表面积，因此可以比当前的相应紫外传感器灵敏度高两个数量级。
在本发明的一个较佳实施例中，所述平板状的透明薄膜电极2和平板状的导电衬底3均为四边形，多个半导体纳米柱1以矩阵的形式规整地分布在透明薄膜电极2和导电衬底3之间，形成多列纳米柱1和多行纳米柱1，参见图1。并且，在透明薄膜电极2和导电衬底3的角位置之间连接有电源和电流检测单元。该电流检测单元可以是电流表等，用于监控电流变化。
参见图4，其为本发明实施例的紫外探测器与当前典型紫外线探测器的对比图。下图为当紫外线强度极低，商用紫外探测器的信号输出，可以看出已经无法探测紫外线。上图为本发明提供的纳米紫外探测器，同一紫外强度下，纳米紫外探测器仍然能探测出紫外信号，并具有良好的信噪比。
在本发明的一个较佳实施例中，所述半导体纳米柱1采用半径为50nm、高度为800nm的氧化锌纳米柱，以进一步提高该纳米柱1的光电相应开关比。在本发明的另一个实施例中，所述半导体纳米柱1采用半径为45nm、高度为750nm的氧化锌纳米柱。在本发明的另一个实施例中，所述半导体纳米柱1采用半径为50nm、高度为820nm的氧化锌纳米柱。在本发明的另一个实施例中，所述半导体纳米柱1采用半径为55nm、高度为800nm的氧化锌纳米柱。通过优化三维半导体纳米柱的高度与半径(截面)的大小比，可以进一步提高光电响应。
在本发明的一个优选实施例中，所述半导体纳米柱1采用高分子溶液旋镀的方法进行表面功能处理，然后经干燥形成高分子氧化还原材料镀膜。
在本发明的一些实施例中，所述表面修饰材料聚二烯丙基二甲基氯化铵(polydiallyldimethylammoniumchloride)和聚苯乙烯硫酸酯(polystyrenesulfate)中的至少一种，可以大幅提高光电响应速度。
在本发明的一个较佳实施例中，所述透明薄膜电极2与半导体纳米柱1的端面之间形成肖特基势垒，不但可以提高光电响应速度，光电效应强度，而且可以有效的抑制背景噪音，进而为进一步提高准确度，增强紫外探测器的性能起到独特而关键的作用。
本发明还提供了一种制备上述紫外探测器的方法，包括以下步骤：
1)通过自顶到底的光刻或者电子束刻写，或者自底到顶生长的方法，制得三维的半导体纳米柱；
2)将所述平板状透明薄膜电极、平板状导电衬底分别连接至纳米柱的两端，形成紫外探测器。
由此可见，本发明提供的紫外探测器具有以下有益效果：
1)结构上抛弃当前紫外探测器的半导体薄膜结构，用三维半导体纳米结构，以纳米柱阵列作为感光的核心材料，进而在保持器件平面尺寸不变的情况下，大幅提高了半导体材料的表面积，进而极大提高了探测器的灵敏度，突破当前紫外探测器灵敏度近2个数量级。
2)半导体三维纳米结构可以通过优化半导体纳米材料的高度与截面比，材料表面修饰，以及单向肖特基势垒进一步大幅度提高，以提高传感器的光电响应和灵敏度，有效抑制传感器噪音。
因此，本发明提供的紫外探测器具有与当前紫外探测器类似的大小和整体薄膜形状，由大量的竖直纳米柱阵列替代了整体的薄膜结构，能够在保持接收紫外线二维面积不变的情况下，通过增大半导体材料的表面积，从而增加紫外探测器灵敏度，成功突破当前紫外探测器的灵敏度极限，实现超高精度纳米紫外探测器。该紫外探测器利用了完全不同于当前基于半导体薄膜的紫外传感器结构与机理，大幅度提高了材料的光电相应强度。同时，利用截然不同的器件结构和简单加工手段，使该紫外探测器具有超高灵敏度>800A/W，是现今紫外探测器灵敏度的100倍。本发明这一原创性的科技突破，使应用广泛的紫外探测器灵敏度获得革命性的提高。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (10)
1.一种紫外探测器，其特征在于，包括阵列的三维半导体纳米柱、平板状的透明薄膜电极和平板状的导电衬底，所述半导体纳米柱的顶部端面与所述透明薄膜电极的一侧表面连接，底部端面与所述导电衬底的一侧表面连接，且所述透明薄膜电极与导电衬底互相平行；
所述导电衬底与透明薄膜电极之间连接有电源和电流检测单元，从而形成一个闭合回路，该闭合回路用于测定阻值变化。
2.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述半导体纳米柱为宽带半导体纳米柱。
3.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述纳米柱的横截面为多边形或者圆形。
4.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述半导体纳米柱选自氧化锌纳米柱和氮化镓纳米柱中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的紫外探测器，其特征在于，所述纳米柱的半径40-60纳米，高度为600-1000nm。
6.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述三维半导体纳米柱的表面经高分子氧化还原材料镀膜修饰，所述表面修饰材料选自聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚苯乙烯硫酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述导电衬底包括柔性衬底和沉积于该柔性衬底上的半导体氧化锌薄膜，所述氧化锌半导体薄膜与所述纳米柱的底部端面相连。
8.根据权利要求7所述的紫外探测器，其特征在于，所述柔性衬底选自聚对苯二甲基乙二醇酯。
9.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述透明薄膜电极选自金属透明薄膜电极或者掺锡氧化铟透明薄膜电极。
10.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述半导体纳米柱垂直于所述透明薄膜电极和导电衬底。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510468213.1A CN105140331A (zh) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | 紫外探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510468213.1A CN105140331A (zh) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | 紫外探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105140331A true CN105140331A (zh) | 2015-12-09 |
Family
ID=54725616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510468213.1A Pending CN105140331A (zh) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | 紫外探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105140331A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105870242A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-08-17 | 聊城大学 | 一种n型ZnO纳米棒/p型金刚石紫外光伏探测器及其制备方法 |
| CN106571405A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-19 | 华南师范大学 | 一种带有GaN纳米线阵列的紫外探测器及其制作方法 |
| CN109000790A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-12-14 | 张紫菡 | 一种氧化镓基柔性日盲紫外火焰探测器及其制备方法 |
| CN111834489A (zh) * | 2019-04-17 | 2020-10-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 硅基深紫外雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN112945377A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 河北工业大学 | 一种基于等离子激元的深紫外光电探测器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103069585A (zh) * | 2010-06-08 | 2013-04-24 | 桑迪奥德股份有限公司 | 具有侧壁电接触的纳米结构光电装置 |
| CN103441154A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-12-11 | 北京科技大学 | 一种ZnO纳米阵列紫外探测器及其制作方法 |
| CN104192890A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-10 | 燕山大学 | 一种制备碳掺杂氧化锌纳米柱的方法 |
-
2015
- 2015-08-03 CN CN201510468213.1A patent/CN105140331A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103069585A (zh) * | 2010-06-08 | 2013-04-24 | 桑迪奥德股份有限公司 | 具有侧壁电接触的纳米结构光电装置 |
| CN103441154A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-12-11 | 北京科技大学 | 一种ZnO纳米阵列紫外探测器及其制作方法 |
| CN104192890A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-10 | 燕山大学 | 一种制备碳掺杂氧化锌纳米柱的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "高取向性ZnO纳米阵列紫外探测器制备与性能研究";孙建明;《工程科技Ⅰ辑》;20150215;B020-417 * |
| 孙建明: ""高取向性ZnO纳米阵列紫外探测器制备与性能研究"", 《工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105870242A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-08-17 | 聊城大学 | 一种n型ZnO纳米棒/p型金刚石紫外光伏探测器及其制备方法 |
| CN106571405A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-19 | 华南师范大学 | 一种带有GaN纳米线阵列的紫外探测器及其制作方法 |
| CN109000790A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-12-14 | 张紫菡 | 一种氧化镓基柔性日盲紫外火焰探测器及其制备方法 |
| CN111834489A (zh) * | 2019-04-17 | 2020-10-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 硅基深紫外雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN112945377A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 河北工业大学 | 一种基于等离子激元的深紫外光电探测器 |
| CN112945377B (zh) * | 2021-02-01 | 2022-08-30 | 河北工业大学 | 一种基于等离子激元的深紫外光电探测器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Ultrasensitive, superhigh signal-to-noise ratio, self-powered solar-blind photodetector based on n-Ga2O3/p-CuSCN core–shell microwire heterojunction | |
| CN105140331A (zh) | 紫外探测器 | |
| Li et al. | Low-dimensional wide-bandgap semiconductors for UV photodetectors | |
| Li et al. | ZnO quantum dot decorated Zn2SnO4 nanowire heterojunction photodetectors with drastic performance enhancement and flexible ultraviolet image sensors | |
| Liu et al. | Silicon/perovskite core–shell heterojunctions with light-trapping effect for sensitive self-driven near-infrared photodetectors | |
| Zhou et al. | High performance, self-powered ultraviolet photodetector based on a ZnO nanoarrays/GaN structure with a CdS insert layer | |
| Wang et al. | Progress in ultraviolet photodetectors based on II–VI group compound semiconductors | |
| Elfadill et al. | Ultraviolet–visible photo-response of p-Cu2O/n-ZnO heterojunction prepared on flexible (PET) substrate | |
| CN109920875B (zh) | 日盲紫外探测器、其制作方法与应用 | |
| CN103681895A (zh) | 一种基于碳纳米管的红外成像探测器及其制备方法 | |
| Chen et al. | Ga2O3-based solar-blind position-sensitive detector for noncontact measurement and optoelectronic demodulation | |
| Yang et al. | A self-powered, visible-blind ultraviolet photodetector based on n-Ga: ZnO nanorods/p-GaN heterojunction | |
| Liu et al. | Lateral bipolar photoresistance effect in the CIGS heterojunction and its application in position sensitive detector and memory device | |
| KR101892694B1 (ko) | 자외선 검출기 | |
| US11011717B2 (en) | Photodetectors and photovoltaic devices | |
| Mojtabavi et al. | Flexible self-powered ultraviolet-visible photodetector based on polyaniline‑titanium dioxide heterostructures: The study of the rearrangement of layers | |
| CN102832286B (zh) | 一种垂直结构双工作模式紫外探测器及其制备方法 | |
| Zhou et al. | The improvement of polymer photodetector based on 1D-ZnO nanorod arrays/0D-ZnO quantum dots composite film | |
| JP2015149376A (ja) | 半導体光検出器 | |
| Zhang et al. | High-photosensitive ultraviolet photodetector based on an n-ZnO microwire/p-InGaN heterojunction | |
| Şakar et al. | Ultraviolet and visible photo-response of transparent conductive Al-doped ZnO (AZO)/n-Silicon isotype heterojunction device | |
| CN104916713B (zh) | 一种以光子晶体作为入射窗的氮化镓基紫外探测器 | |
| Tang et al. | Boosting performances of ZnO microwire homojunction ultraviolet self-powered photodetector by coupled interfacial engineering and plasmonic effects | |
| CN104167451A (zh) | 基于量子点-碳纳米管的红外成像探测器及其制备方法 | |
| CN207183287U (zh) | 点阵式光电探测器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |