CN106784156A - 一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明目的是提供一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法:以FTO导电玻璃为衬底,采用溶胶凝胶旋涂的方法,以NiO纳米结构为表面修饰的ZnO纳米棒异质结二极管。此方法简单易行,可实现在低温条件下成膜,成膜性好,器件性能优良,在光电器件领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电探测技术领域,具体涉及一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管及其制备方法。
背景技术
金属氧化物半导体在制作新一代的电子器件、光电器件及光生伏打器件方面,有着较高的潜力,其中,ZnO由于其较大的激子结合能,固有的N型半导体导电性质,良好的载波限制,较宽的禁带宽度以及可监管区的高透光性,引发了极大地关注,这些崭新的性能让该材料在探测器,电子工业,紫外探测,太阳能电池,光水解方面有着巨大的应用潜力,此外,低温制备,高结晶性,易于合成,也让ZnO在器件制作方面,显得更为经济,p-n结是很多光电器件的基本构件,然而,由于基于氧化物的同质结在掺杂物中较低的溶解度和p型氧化物中的自补偿效应,使该结构的发展依旧具有挑战性,而克服这种限制的一种方法是生长异质结,于是人们开始关注,利用两种材料的不同组分和其最优性质来形成p-n异质结,与ZnO配对的p型材料中,NiO由于其3.6eV的禁带宽度,稳定的电化学性,高耐久性,低廉的成本,使之成为优良的配对材料,以往人们制作ZnO/NiO异质结器件的方法,如电子束蒸发法,热蒸发溅射法,分子束外延法,脉冲激光沉积法等,大多存在温度较高,制作昂贵等问题。
发明内容
本发明目的是提供一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法:以FTO导电玻璃为衬底,采用溶胶凝胶旋涂的方法,以NiO纳米结构为表面修饰的ZnO纳米棒异质结二极管。此方法简单易行,器件性能优良。
本发明所述的一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法,其步骤如下:
(1)衬底的清洁处理
将FTO衬底在肥皂水中浸没几分钟,然后分别在丙酮,乙醇和去离子水中进行20~40分钟的超声处理,最后,将FTO衬底在80~100ᵒC的条件下干燥处理;
(2)ZnO纳米棒的生长
将0.2~0.5M的醋酸锌溶解在乙二醇中,并搅拌30~60分钟,当溶液变为乳白色时,加入几滴二乙醇胺作为稳定剂,直到溶液再次变得透明,随后将溶液旋涂在FTO沉底上,并在电热板上干燥5~10分钟,其中转速为2000~3000 rpm,干燥温度为200~300ᵒC,分别将0.1~0.2M的六甲基磷酰三胺和0.1~0.2M硝酸锌溶解在去离子水中,并搅拌1~2小时,然后将两种溶液混合,并搅拌1~2小时,将带有籽晶层的衬底,面向下浸没在溶液中,并在炉中加热2~4小时,加热温度为80~100ᵒC,反应结束后,用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底,并300~400ᵒC退火处理1~2小时;
(3)纳米结构NiO薄膜的制备
以1:1~1:2的摩尔比,将0.1~0.2摩尔的单乙醇胺,溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中,溶液在80~90ᵒC的条件搅拌5~7小时,将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面,转速为2000~3000rpm,时间为20~30秒,然后将衬底在200~300ᵒC条件下,干燥10~15分钟,最后,样品在450~550ᵒC条件下,退火2~3小时,从而器件制作完成。
该方法优点在于,可实现在低温条件下成膜,易于操作,成膜性好,器件性能优良。
附图说明
图1:本发明所涉及器件的光传输特性曲线;
图2:本发明所涉及器件(纯ZnO纳米棒器件,纯纳米结构NiO器件和完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件)的电流电压特性曲线;
图3:本发明所涉及器件(完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件)随温度变化的电流电压特性曲线;
图4:本发明所涉及器件(完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件)在不同光强下的电流电压特性曲线。
如图1所示,是器件的光传输特性曲线。红线代表的纯ZnO纳米棒器件,光传输在80%以上,吸收边在409nm左右;黑色虚线代表的纯纳米结构NiO器件,光传输在80%以上,吸收边在355nm左右;蓝线代表的,NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件,光传输在65%以上。
如图2所示,是器件的电流电压特性曲线。如图2中,ZnO图表显示,纯ZnO纳米棒器件形成了欧姆接触;NiO图表显示,纯纳米结构NiO器件形成了欧姆接触; NiO/ZnO图表显示,NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件具有明显的整流特性。开启电压为0.9V。
如图3所示,是器件随温度变化的电流-电压特性曲线。NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件正向电流随温度的升高而增加,开启电压,从室温时的0.97V,下降到140ᵒC时的0.4V。
如图4所示,是器件在不同光强下的电流电压特性曲线。NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件在30W的光强下,光电流可达到0.1A。
具体实施方式
实施例1
将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟,然后分别在丙酮,乙醇和去离子水中进行30分钟的超声处理,最后,FTO衬底在90ᵒC的条件下干燥处理。
将0.4M的醋酸锌溶解在乙二醇中,并搅拌45分钟,当溶液变为乳白色时,加入几滴二乙醇胺作为稳定剂,直到溶液再次变得透明,随后将溶液旋涂并在电热板上干燥10分钟,其中转速为3000 rpm,干燥温度为300ᵒC,分别将0.1M的六甲基磷酰三胺和硝酸锌溶解在去离子水中,并搅拌1小时,然后将两种溶液混合,并搅拌1小时,将带有籽晶层的衬底,面向下浸没在溶液中,并在炉中加热3小时,加热温度为90ᵒC,反应结束后,用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底,并400ᵒC退火处理1小时,从而器件制作完成。
纯ZnO纳米棒器件制作完成后,对其进行了光电性能测试,如图1中红线所示,该器件的光传输在80%以上,吸收边在409nm左右,如图2中,ZnO图表所示,该器件形成了欧姆接触。
实施例2
将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟,然后分别在丙酮,乙醇和去离子水中进行30分钟的超声处理,最后,FTO衬底在90ᵒC的条件下干燥处理。
以1:1的摩尔比,将0.1溶液的单乙醇胺,溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中,溶液在90ᵒC的条件搅拌5小时,将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面,转速为3000rpm,时间为30秒,然后将衬底在300ᵒC条件下,干燥10分钟,最后,样品在550ᵒC条件下,退火2小时,从而器件制作完成。
纯纳米结构NiO器件制作完成后,对其进行了光电性能测试,如图1中黑色虚线所示,该器件的光传输在80%以上,吸收边在355nm左右,如图2中,NiO图表所示,该器件形成了欧姆接触。
实施例3
将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟,然后分别在丙酮,乙醇和去离子水中进行30分钟的超声处理,最后,FTO衬底在90ᵒC的条件下干燥处理。
将0.4M的醋酸锌溶解在乙二醇中,并搅拌45分钟,当溶液变为乳白色时,加入几滴二乙醇胺作为稳定剂,直到溶液再次变得透明,随后将溶液旋涂并在电热板上干燥10分钟,其中转速为3000 rpm,干燥温度为300ᵒC,分别将0.1M的六甲基磷酰三胺和硝酸锌溶解在去离子水中,并搅拌1小时,然后将两种溶液混合,并搅拌1小时,将带有籽晶层的衬底,面向下浸没在溶液中,并在炉中加热3小时,加热温度为90ᵒC,反应结束后,用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底,并400ᵒC退火处理1小时。
以1:1的摩尔比,将0.1摩尔的单乙醇胺,溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中,溶液在90ᵒC的条件搅拌5小时,将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面,转速为3000rpm,时间为30秒,然后将衬底在300ᵒC条件下,干燥10分钟,最后,样品在550ᵒC条件下,退火2小时,从而器件制作完成。
完整的NiO纳米结构表面修饰的ZnO纳米棒器件制作完成后,对其进行了光电性能测试,如图1中蓝线所示,该器件的光传输在65%以上,如图2中,NiO/ZnO图表所示,该器件具有明显的整流特性,开启电压为0.9V,低于早前报道过的NiO/ZnO异质结器件,如图3所示,正向电流随温度的升高而增加,开启电压,从室温时的0.97V,下降到140ᵒC时的0.4V,如图4所示,在30W的光强下,器件的光电流可达到0.1A。
Claims (2)
1.本发明目的是提供一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法:以FTO导电玻璃为衬底,采用溶胶凝胶旋涂的方法,以NiO纳米结构为表面修饰的ZnO纳米棒异质结二极管,此方法简单易行,器件性能优良。
2.权利要求1所述的一种基于NiO/ZnO纳米棒异质结二极管的制备方法,其步骤如下:
(1)衬底的清洁处理
将FTO衬底在肥皂水里浸没几分钟,然后分别在丙酮,乙醇和去离子水中进行20~40分钟的超声处理,最后,FTO衬底在80~100ᵒC的条件下干燥处理;
(2)ZnO纳米棒的生长
将0.2~0.5M的醋酸锌溶解在乙二醇中,并搅拌30~60分钟,当溶液变为乳白色时,加入几滴二乙醇胺作为稳定剂,直到溶液再次变得透明,随后将溶液旋涂并在电热板上干燥5~10分钟,其中转速为2000~3000 rpm,干燥温度为200~300ᵒC,分别将0.1~0.2M的六甲基磷酰三胺和硝酸锌溶解在去离子水中,并搅拌1~2小时,然后将两种溶液混合,并搅拌1~2小时,然后将带有籽晶层的衬底,面向下浸没在溶液中,并在炉中加热2~4小时,加热温度为80~100ᵒC,反应结束后,用去离子水清洗覆盖了纳米棒的衬底,并300~400ᵒC退火处理1~2小时;
(3)纳米结构NiO薄膜的制备
以1:1~1:2的摩尔比,将0.1~0.2摩尔的单乙醇胺,溶于甲醇的乙酸镍四水化合物中,溶液在80~90ᵒC的条件搅拌5~7小时,将溶液旋涂在生长了ZnO纳米棒的衬底表面,转速为2000~3000rpm,时间为20~30秒,然后将衬底在200~300ᵒC条件下,干燥10~15分钟,最后,样品在450~550ᵒC条件下,退火2~3小时,从而器件制作完成。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170531 |