CN108767050B - 基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器及其制备方法，包括玻璃纤维布衬底、β‑Ga2O3薄膜、β‑Ga2O3纳米柱阵列、Cu2O薄膜层和Ti/Au薄膜电极，所述β‑Ga2O3薄膜设置于玻璃纤维布衬底上，β‑Ga2O3纳米柱阵列分布于β‑Ga2O3薄膜上，所述Cu2O薄膜层设置于β‑Ga2O3纳米柱阵列与非β‑Ga2O3薄膜接触一侧，Cu2O薄膜层与β‑Ga2O3纳米柱阵列形成Cu2O/β‑Ga2O3pn结结构，所述Ti/Au薄膜电极包括两个，一个位于Cu2O薄膜层上方，另一个位于β‑Ga2O3薄膜上方。本发明的氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器性能稳定，反应灵敏，具有很好的紫外光电响应，在可穿戴设备、紫外线检测和智能纺织品等领域具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性光电探测器及其制备方法，具体是指一种基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器及其制备方法。
技术背景
β-Ga2O3是一种n型的超宽禁带半导体材料，具有良好的透光性和较高的化学稳定性和热稳定性，其在大气环境质量监测，紫外光通讯，灾害天气预报，天际通信等光电探测器领域具有广泛的应用。由于β-Ga2O3禁带宽度较大，只能吸收紫外光，为了提高其对光谱的吸收范围，提高光的利用效率，常与窄带隙半导体材料进行复合构成复合材料或异质结。在众多窄带隙半导体材料中，Cu2O是一种天然的p型的金属氧化物，在可见光区具有良好的光学性能且价格低廉、储量丰富、稳定性好、对环境友好等诸多优点，而且β-Ga2O3与Cu2O能形成pn结，使电子空穴对实现快速、有效地分离。
随着人们对可穿戴电子设备需求的提升，可弯曲、可折叠柔性器件的应用越来越广泛。常用的紫外光电探测器件都是在刚性衬底上生长半导体薄膜，比如硅片、蓝宝石和石英衬底等，这些器件都无法弯曲，限制了器件的应用范围。而且，目前大部分的柔性衬底都是高分子类化合物，无法承受高温，因此，选择一种可耐高温的柔性衬底制备氧化镓材料，就可以实现氧化镓基日盲紫外探测器的柔性可弯曲特性。
到目前为止，很少有关于柔性紫外光电探测器的报道，虽有已有文献报道(中国专利CN201710012296.2)基于柔性氧化镓纳米带的日盲紫外光电探测器，但是此类探测器是将事先合成的氧化镓纳米带转移到柔性基底上，具有电极制作难度大，稳定性差，与基底贴合不牢固等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器及其制备方法。
本发明的技术方案为：基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，包括玻璃纤维布衬底、β-Ga2O3薄膜、β-Ga2O3纳米柱阵列、Cu2O薄膜层和Ti/Au薄膜电极，所述β-Ga2O3薄膜设置于玻璃纤维布衬底上，β-Ga2O3纳米柱阵列分布于β-Ga2O3薄膜上，所述Cu2O薄膜层设置于β-Ga2O3纳米柱阵列与非β-Ga2O3薄膜接触一侧，Cu2O薄膜层与β-Ga2O3纳米柱阵列形成Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，所述Ti/Au薄膜电极包括两个，一个位于Cu2O薄膜层上方，另一个位于β-Ga2O3薄膜上方。
具体地，，所述β-Ga2O3薄膜作为β-Ga2O3纳米柱阵列的生长基底，位于玻璃纤维布衬底和β-Ga2O3纳米柱阵列之间。
优选地，所述Cu2O薄膜层还包括Cu2O基层、凸起和凹陷，所述凸起和凹陷设置于Cu2O薄膜层同一侧面，所述凹陷与β-Ga2O3纳米柱阵列一一对应卡合，所述凸起紧密设置于β-Ga2O3纳米柱阵列之间，所述Cu2O基层设置于β-Ga2O3纳米柱阵列上方。
具体地，所述Cu2O薄膜层的凸起的高度小于等于β-Ga2O3纳米柱阵列的高度。
优选地，所述β-Ga2O3纳米柱阵列中β-Ga2O3纳米柱的直径为100-200nm，高度为0.8-1.5μm；β-Ga2O3薄膜的厚度为0.2-0.5μm。
优选地，所述Cu2O基层的厚度为0.2-0.5μm。
具体地，Cu2O/β-Ga2O3pn结结构为Cu2O/β-Ga2O3pn结层，或为Cu2O/β-Ga2O3pn结层于Cu2O/β-Ga2O3pn结纳米柱阵列的结合。
具体地，所述的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，对紫外光响应强，可弯曲和折叠，可应用于便捷式可穿戴紫外线检测设备。
本发明还包括基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，对玻璃纤维布衬底进行清洗，清洗过程如下：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2气吹干，待用；
步骤二，将玻璃纤维布衬底放置于加热台，设置加热台的温度为100℃，将一粒Ga金属放置于玻璃纤维布衬底上方，待镓金属融化，利用载玻片将液体Ga金属压印成片，冷却后，形成Ga金属片/玻璃纤维布衬底待用；
步骤三，把Ga2O3和Cu2O靶材分别放置在磁控溅射沉积系统的靶台位置，将步骤二所得的Ga金属片/玻璃纤维布衬底固定在样品托上，放进真空腔；
步骤四，β-Ga2O3纳米柱阵列的制备：将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，再通入氧气，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底，开启Ga2O3靶射频电源，利用磁控溅射法在镓金属片表面的镓液滴上原位生长β-Ga2O3纳米柱阵列，其中，Ga2O3靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.8-1.0Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa；
步骤五，Cu2O薄膜层的制备：待步骤四中β-Ga2O3纳米柱阵列生长完毕，继续将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底，开启Cu2O靶射频电源，利用磁控溅射法在β-Ga2O3纳米柱阵列上方沉积一层Cu2O薄膜层，获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，其中，Cu2O靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.5Pa；
步骤六，利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Cu2O薄膜层和β-Ga2O3薄膜上方各沉积一层Ti/Au薄膜电极，其中，溅射工艺条件：抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为0.8-1.0Pa，溅射功率为60-80W，溅射时间为2min。
优选地，所述的步骤四中加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底的温度为700-800℃，溅射功率为60-80W，溅射时间为1-1.5小时。
优选地，所述的步骤五中加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底的温度为400-500℃，溅射时间为0.5-1.0小时。通过控制β-Ga2O3纳米柱阵列/玻璃纤维布衬底的，溅射Cu2O，使得Cu2O与β-Ga2O3纳米柱阵列结合紧密，通过控制溅射时间，以控制Cu2O薄膜的厚度及Cu2O纳米柱的高度。
具体地，步骤五中获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构为Cu2O/β-Ga2O3pn结层，或为Cu2O/β-Ga2O3pn结层于Cu2O/β-Ga2O3pn结纳米柱阵列的结合。
具体地，步骤四采用磁控溅射法制备β-Ga2O3纳米柱阵列，在700-800℃的高温加热下，镓金属薄膜表面形成镓金属液滴，通过磁控溅射在镓金属液滴上生长β-Ga2O3纳米柱阵列，同时，镓金属层在氧气氛围下缓慢氧化形成β-Ga2O3薄膜。其中，镓作为自催化剂可以催化镓金属层在高温下形成氧化镓纳米材料，缩短反应时间，另一方面镓金属层缓慢氧化形成氧化镓薄膜，可以作为阵列生长基底，使得形成的氧化镓纳米柱有序、分布均匀。
本发明的优点：
1、本发明的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，灵敏度高、稳定性好、响应时间短、对紫外光响应强、可弯曲和折叠，可应用于便捷式可穿戴紫外线检测设备。
2、本发明的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，设置的Cu2O/β-Ga2O3pn结结构是三维立体的，分布均匀且接触面积大，结的利用效率高，对光的吸收强、范围广，是一种宽光谱的光电探测器。
3、本发明的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，所采用的β-Ga2O3纳米柱阵列均匀、有序，纳米柱尺寸可控，β-Ga2O3纳米柱的直径为100-200nm，Cu2O薄膜的厚度为0.2-0.5μm时，光电性能更佳。
4、本发明的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器制备方法，在柔性玻璃纤维布衬底上原位合成n型氧化镓纳米柱阵列，再沉积一层p型氧化亚铜薄膜，工艺可控性强，成本低，易操作，厚度稳定均一、柔性可弯曲、可大面积制备、重复性好等。
5、本发明的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器制备方法，制备出的β-Ga2O3纳米柱阵列均匀，有效制备出与柔性基底结合牢固的探测器，采用磁控溅射法制备出三维立体结构Cu2O/β-Ga2O3pn结纳米柱阵列，并获得的MSSM型Ti/Au/Cu2O/β-Ga2O3/Ti/Au纳米阵列柔性紫外光电探测器件。
附图说明
图1是基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的结构示意图；
图2是Cu2O/β-Ga2O3pn结纳米柱阵列的SEM照片；
图3是基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器在室温下测量的暗电流-电压特性曲线；
图4是基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器在室温空气条件时，在不同波长(黑暗和254nm、365nm、405nm和532nm)光照下的I-V特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。居于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对玻璃纤维布衬底进行清洗，清洗过程如下：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2气吹干，待用；
(2)将玻璃纤维布衬底放置于加热台，设置加热台的温度为100℃，将一粒Ga金属放置于玻璃纤维布衬底上方，待镓金属融化，利用载玻片将液体Ga金属压印成片，冷却后，形成Ga金属片/玻璃纤维布衬底待用；
(3)把Ga2O3和Cu2O靶材分别放置在磁控溅射沉积系统的靶台位置，将步骤2)所得的Ga金属片/玻璃纤维布衬底固定在样品托上，放进真空腔；
(4)β-Ga2O3纳米柱阵列的制备：将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，再通入氧气，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底，开启Ga2O3靶射频电源，利用磁控溅射法在镓金属片表面的镓液滴上原位生长β-Ga2O3纳米柱阵列，其中，Ga2O3靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为1.0Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底的温度为700℃，溅射功率为80W，溅射时间为1小时；
(5)Cu2O薄膜层的制备：待步骤(4)中β-Ga2O3纳米柱阵列生长完毕，继续将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底，开启Cu2O靶射频电源，利用磁控溅射法在β-Ga2O3纳米柱阵列上方沉积一层Cu2O薄膜层，获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，其中，Cu2O靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.5Pa，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底的温度为500℃，溅射时间为0.5小时；
(6)利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Cu2O薄膜和β-Ga2O3薄膜上方各沉积一层Ti/Au薄膜电极，其中，溅射工艺条件：抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为0.8-1.0Pa，溅射功率为60-80W，溅射时间为2min。
本实施制备出的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的结构如1示意图所示，包括包括玻璃纤维布衬底1、β-Ga2O3薄膜2、β-Ga2O3纳米柱阵列、3Cu2O薄膜层4和Ti/Au薄膜电极5，所述β-Ga2O3薄膜2设置于玻璃纤维布衬底1上，β-Ga2O3纳米柱阵列3分布于β-Ga2O3薄膜3上，所述Cu2O薄膜层4设置于β-Ga2O3纳米柱阵列3与非β-Ga2O3薄膜2接触一侧，Cu2O薄膜层4与β-Ga2O3纳米柱阵列3形成Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，所述Ti/Au薄膜电极5包括两个，一个位于Cu2O薄膜层4上方，另一个位于β-Ga2O3薄膜2上方。
本实施例中，步骤(4)采用磁控溅射法制备β-Ga2O3纳米柱阵列。在700-800℃的高温加热下，镓金属薄膜表面形成镓金属液滴，通过磁控溅射在镓金属液滴上生长β-Ga2O3纳米柱阵列，同时，镓金属层在氧气氛围下缓慢氧化形成β-Ga2O3薄膜。其中，镓作为自催化剂可以催化镓金属层在高温下形成氧化镓纳米材料，另一方面镓金属层缓慢氧化形成氧化镓薄膜，可以作为阵列生长基底，使得形成的氧化镓纳米柱有序、分布均匀。
将步骤(5)所得的Cu2O/β-Ga2O3pn结样品在扫描电镜中观察，发现纳米柱生长均匀，如图2所示，显示β-Ga2O3纳米柱的直径为100-200nm，高度为0.8-1.5μm，纳米柱阵列基底层β-Ga2O3薄膜的厚度为0.2-0.5μm，Cu2O薄膜基层的厚度为0.2-0.5μm，其中，Cu2O薄膜和β-Ga2O3纳米柱阵列形成Cu2O/β-Ga2O3pn结结构。
对步骤(5)中所得的Ti/Au/Cu2O/β-Ga2O3/Ti/Au pn结纳米阵列器件进行光电性能测试。图3给出了基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器在室温下测量的暗电流-电压特性曲线。图中展示了该纳米阵列器件一个典型的pn异质结整流特性曲线，得到的整流比为(比率测量+1与-1V)为75。图4为基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器在室温空气条件时，在不同波长(黑暗和254nm、365nm、405nm和532nm)光照下的I-V特性曲线。图中可以看出该pn结纳米阵列器件具有良好的光电响应性能，对波长为254nm、365nm、405nm和532nm的光谱均有显著的响应，当施加0.5V偏压下，其最大的光电流达到800μA(532nm)。由此可知，本发明所得的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器可以应用于可穿戴设备的宽光谱紫外光电探测。
实施例2
基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对玻璃纤维布衬底进行清洗，清洗过程如下：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2气吹干，待用；
(2)将玻璃纤维布衬底放置于加热台，设置加热台的温度为100℃，将一粒Ga金属放置于玻璃纤维布衬底上方，待镓金属融化，利用载玻片将液体Ga金属压印成片，冷却后，形成Ga金属片/玻璃纤维布衬底待用；
(3)把Ga2O3和Cu2O靶材分别放置在磁控溅射沉积系统的靶台位置，将步骤2)所得的Ga金属片/玻璃纤维布衬底固定在样品托上，放进真空腔；
(4)β-Ga2O3纳米柱阵列的制备：将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，再通入氧气，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底，开启Ga2O3靶射频电源，利用磁控溅射法在镓金属片表面的镓液滴上原位生长β-Ga2O3纳米柱阵列，其中，Ga2O3靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为1.0Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底的温度为700℃，溅射功率为70W，溅射时间为1.5小时；
(5)Cu2O薄膜层的制备：待步骤(4)中β-Ga2O3纳米柱阵列生长完毕，继续将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底，开启Cu2O靶射频电源，利用磁控溅射法在β-Ga2O3纳米柱阵列上方沉积一层Cu2O薄膜层，获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，其中，Cu2O靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.5Pa，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底的温度为400℃，溅射时间为0.5小时；
(6)利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Cu2O薄膜和β-Ga2O3薄膜上方各沉积一层Ti/Au薄膜电极，其中，溅射工艺条件：抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为0.8-1.0Pa，溅射功率为60-80W，溅射时间为2min。
实施例3
基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对玻璃纤维布衬底进行清洗，清洗过程如下：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2气吹干，待用；
(2)将玻璃纤维布衬底放置于加热台，设置加热台的温度为100℃，将一粒Ga金属放置于玻璃纤维布衬底上方，待镓金属融化，利用载玻片将液体Ga金属压印成片，冷却后，形成Ga金属片/玻璃纤维布衬底待用；
(3)把Ga2O3和Cu2O靶材分别放置在磁控溅射沉积系统的靶台位置，将步骤2)所得的Ga金属片/玻璃纤维布衬底固定在样品托上，放进真空腔；
(4)β-Ga2O3纳米柱阵列的制备：将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，再通入氧气，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底，开启Ga2O3靶射频电源，利用磁控溅射法在镓金属片表面的镓液滴上原位生长β-Ga2O3纳米柱阵列，其中，Ga2O3靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为1.0Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底的温度为750℃，溅射功率为70W，溅射时间为1小时；
(5)Cu2O薄膜层的制备：待步骤(4)中β-Ga2O3纳米柱阵列生长完毕，继续将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底，开启Cu2O靶射频电源，利用磁控溅射法在β-Ga2O3纳米柱阵列上方沉积一层Cu2O薄膜层，获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，其中，Cu2O靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.5Pa，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底的温度为450℃，溅射时间为0.5小时；
(6)利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Cu2O薄膜和β-Ga2O3薄膜上方各沉积一层Ti/Au薄膜电极，其中，溅射工艺条件：抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为0.8-1.0Pa，溅射功率为60-80W，溅射时间为2min。
实施例4
基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
(1)对玻璃纤维布衬底进行清洗，清洗过程如下：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2气吹干，待用；
(2)将玻璃纤维布衬底放置于加热台，设置加热台的温度为100℃，将一粒Ga金属放置于玻璃纤维布衬底上方，待镓金属融化，利用载玻片将液体Ga金属压印成片，冷却后，形成Ga金属片/玻璃纤维布衬底待用；
(3)把Ga2O3和Cu2O靶材分别放置在磁控溅射沉积系统的靶台位置，将步骤2)所得的Ga金属片/玻璃纤维布衬底固定在样品托上，放进真空腔；
(4)β-Ga2O3纳米柱阵列的制备：将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，再通入氧气，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底，开启Ga2O3靶射频电源，利用磁控溅射法在镓金属片表面的镓液滴上原位生长β-Ga2O3纳米柱阵列，其中，Ga2O3靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为1.0Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底的温度为800℃，溅射功率为80W，溅射时间为1.5小时；
(5)Cu2O薄膜层的制备：待步骤(4)中β-Ga2O3纳米柱阵列生长完毕，继续将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底，开启Cu2O靶射频电源，利用磁控溅射法在β-Ga2O3纳米柱阵列上方沉积一层Cu2O薄膜层，获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，其中，Cu2O靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.5Pa，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底的温度为400℃，溅射时间为1小时；
(6)利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Cu2O薄膜和β-Ga2O3薄膜上方各沉积一层Ti/Au薄膜电极，其中，溅射工艺条件：抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为0.8-1.0Pa，溅射功率为60-80W，溅射时间为2min。
实施例5
如图1所示，基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，包括玻璃纤维布衬底1、β-Ga2O3薄膜2、β-Ga2O3纳米柱阵列、3Cu2O薄膜层4和Ti/Au薄膜电极5，所述β-Ga2O3薄膜2设置于玻璃纤维布衬底1上，β-Ga2O3纳米柱阵列3分布于β-Ga2O3薄膜3上，所述Cu2O薄膜层4设置于β-Ga2O3纳米柱阵列3与非β-Ga2O3薄膜2接触一侧，Cu2O薄膜层4与β-Ga2O3纳米柱阵列3形成Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，所述Ti/Au薄膜电极5包括两个，一个位于Cu2O薄膜层4上方，另一个位于β-Ga2O3薄膜2上方。
所述Cu2O薄膜层4还包括Cu2O基层、凸起和凹陷，所述凸起和凹陷设置于Cu2O薄膜层4同一侧面，所述凹陷与β-Ga2O3纳米柱阵列3对应卡合，所述凸起紧密设置于β-Ga2O3纳米柱阵列3之间，所述Cu2O基层设置于β-Ga2O3纳米柱阵列上方。所述Cu2O基层的度为0.2-0.5μm。本实施例中Cu2O/β-Ga2O3pn结为Cu2O/β-Ga2O3pn结层于Cu2O/β-Ga2O3pn结纳米柱阵列的结合。
所述Cu2O薄膜层4的凸起的高度小于等于β-Ga2O3纳米柱阵列3的高度。
所述β-Ga2O3纳米柱阵列3中β-Ga2O3纳米柱的直径为100-200nm，高度为0.8-1.5μm；β-Ga2O3薄膜2的厚度为0.2-0.5μm。
所述β-Ga2O3纳米柱阵列3的分布面积小于β-Ga2O3薄膜2的面积，位于β-Ga2O3薄膜2上方的Ti/Au薄膜电极5与β-Ga2O3纳米柱阵列3位于β-Ga2O3薄膜2的同一侧。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上、在本发明的方法和原则之内，所作的任何修改等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，包括玻璃纤维布衬底、β-Ga2O3薄膜、β-Ga2O3纳米柱阵列、Cu2O薄膜层和Ti/Au薄膜电极，所述β-Ga2O3薄膜设置于玻璃纤维布衬底上，β-Ga2O3纳米柱阵列分布于β-Ga2O3薄膜上，所述Cu2O薄膜层设置于β-Ga2O3纳米柱阵列远离β-Ga2O3薄膜一侧，Cu2O薄膜层与β-Ga2O3纳米柱阵列形成Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，所述Ti/Au薄膜电极包括两个，一个位于Cu2O薄膜层上方，另一个位于β-Ga2O3薄膜上方。
2.根据权利要求1所述的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，所述Cu2O薄膜层还包括Cu2O基层、凸起和凹陷，所述凸起和凹陷设置于Cu2O薄膜层同一侧面，所述凹陷与β-Ga2O3纳米柱阵列对应卡合，所述凸起紧密设置于β-Ga2O3纳米柱阵列之间，所述Cu2O基层设置于β-Ga2O3纳米柱阵列上方。
3.根据权利要求2所述的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，所述Cu2O薄膜层的凸起的高度小于等于β-Ga2O3纳米柱阵列的高度。
4.根据权利要求1所述的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，所述β-Ga2O3纳米柱阵列中β-Ga2O3纳米柱的直径为100-200nm，高度为0.8-1.5μm；β-Ga2O3薄膜的厚度为0.2-0.5μm。
5.根据权利要求2或3或4所述的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，所述Cu2O基层的度为0.2-0.5μm。
6.根据权利要求2或3或4所述的基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器，其特征在于，所述β-Ga2O3纳米柱阵列的分布面积小于β-Ga2O3薄膜的面积，位于β-Ga2O3薄膜上方的Ti/Au薄膜电极与β-Ga2O3纳米柱阵列位于β-Ga2O3薄膜的同一侧。
7.基于氧化亚铜/氧化镓pn结的柔性紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，对玻璃纤维布衬底进行清洗，清洗过程如下：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声10分钟，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2气吹干，待用；
步骤二，将玻璃纤维布衬底放置于加热台，设置加热台的温度为100℃，将一粒Ga金属放置于玻璃纤维布衬底上方，待镓金属融化，利用载玻片将液体Ga金属压印成片，冷却后，形成Ga金属片/玻璃纤维布衬底待用；
步骤三，把Ga2O3和Cu2O靶材分别放置在磁控溅射沉积系统的靶台位置，将步骤二所得的Ga金属片/玻璃纤维布衬底固定在样品托上，放进真空腔；
步骤四，β-Ga2O3纳米柱阵列的制备：将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，再通入氧气，加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底，开启Ga2O3靶射频电源，利用磁控溅射法在镓金属片表面的镓液滴上原位生长β-Ga2O3纳米柱阵列，其中，Ga2O3靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.8-1.0Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa；
步骤五，Cu2O薄膜层的制备：待步骤四中β-Ga2O3纳米柱阵列生长完毕，继续将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底，开启Cu2O靶射频电源，利用磁控溅射法在β-Ga2O3纳米柱阵列上方沉积一层Cu2O薄膜层，获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构，其中，Cu2O靶材与玻璃纤维布衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，通入氩气后，真空腔的压强为0.5Pa；
步骤六，利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Cu2O薄膜层和β-Ga2O3薄膜上方各沉积一层Ti/Au薄膜电极，其中，溅射工艺条件：抽真空后腔体压强为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为0.8-1.0Pa，溅射功率为60-80W，溅射时间为2min。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤四中加热Ga金属片/玻璃纤维布衬底的温度为700-800℃，溅射功率为60-80W，溅射时间为1-1.5小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤五中加热β-Ga2O3纳米柱阵列/β-Ga2O3薄膜/玻璃纤维布衬底的温度为400-500℃，溅射时间为0.5-1.0小时。
10.根据权利要求7或8或9所述的制备方法，其特征在于，步骤五中获得Cu2O/β-Ga2O3pn结结构为Cu2O/β-Ga2O3pn结层，或为Cu2O/β-Ga2O3pn结层与Cu2O/β-Ga2O3pn结纳米柱阵列的结合。
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