RU2641504C1 - Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods - Google Patents

Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods Download PDF

Info

Publication number
RU2641504C1
RU2641504C1 RU2016141661A RU2016141661A RU2641504C1 RU 2641504 C1 RU2641504 C1 RU 2641504C1 RU 2016141661 A RU2016141661 A RU 2016141661A RU 2016141661 A RU2016141661 A RU 2016141661A RU 2641504 C1 RU2641504 C1 RU 2641504C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
array
photodetector
zno
zno nanorods
nanorods
Prior art date
Application number
RU2016141661A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Викторович Иванов
Николай Владимирович Тингаев
Александр Николаевич Воропай
Григорий Викторович Цепилов
Андрей Алексеевич Ромашко
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Межрегиональное производственное объединение технического комплектования "ТЕХНОКОМПЛЕКТ" (ЗАО "МПОТК "ТЕХНОКОМПЛЕКТ")
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Межрегиональное производственное объединение технического комплектования "ТЕХНОКОМПЛЕКТ" (ЗАО "МПОТК "ТЕХНОКОМПЛЕКТ") filed Critical Закрытое акционерное общество "Межрегиональное производственное объединение технического комплектования "ТЕХНОКОМПЛЕКТ" (ЗАО "МПОТК "ТЕХНОКОМПЛЕКТ")
Priority to RU2016141661A priority Critical patent/RU2641504C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641504C1 publication Critical patent/RU2641504C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: nanotechnology.SUBSTANCE: invention relates to optoelectronic devices, in particular to nanotechnologies of solar-blind near-ultraviolet radiation (NUVR) photodetectors based on 1D nanostructured zinc oxide. The method is carried out by using cathodic pulsed electrochemical deposition of water nitrate electrolyte at 55-65°C for 60 minutes on a high-conductive NUVR-transparent fixed substrate of array of base-fusing ZnO nanorods with an average length of 0.65 mcm and an average diameter of unfused sections near the upper ends of 0.30 mcm, subsequent thermal vacuum metallization at an angle to the vertical thin-filmed aluminium through the shadow aluminium mask of the upper ends of ZnO nanorods and high-conductive substrate surface outside their array, forming high-conductive epoxy contact layers on top of the metallised areas, glueing of flexible copper wire ends by epoxy high-conductive glue to the contact layers and annealing of this construction in air at 250°C for 300 s. This method for manufacturing a photodetector is easy to implement and allows to obtain a photodetector with a spectral sensitivity of about 532 at U=1 in the wavelength range of 365-370 nm, and with a cutoff time of 42 seconds, as well as with almost total absence of photosensitivity at λ>380 nm.EFFECT: improving spectral sensitivity of solar-blind photodetector to near-ultraviolet radiation and reducing its cutoff time, simplifying the manufacture technology of such photodetector, reducing its energy consumption and increasing the level of environmental friendliness, excluding the need to use platinum, gold, palladium, indium, graphene in the structure elements of the specified device.7 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам, в частности к нанотехнологиям солнечно-слепых фотодетекторов ближнего ультрафиолетового излучения (БУФИ) на основе 1D наноструктурированного оксида цинка, не содержащего малодоступных либо дорогих материалов.The invention relates to optoelectronic devices, in particular to the nanotechnology of sun-blind near-ultraviolet photodetectors (BUFI) based on 1D nanostructured zinc oxide that does not contain inaccessible or expensive materials.

Известен способ получения вертикально-ориентированных массивов наностержней оксида цинка методом магнетронного распыления (Пат. CN 100517771 (С) КНР, МПК H01L 31/18. Заявлено 20.11.2007; опубл. 22.07.2009) с последующим нанесением слоев алюминия для использования в качестве датчиков ультрафиолета (УФ). Данный способ получения датчиков УФ включает в себя следующие этапы: промывку и сушку субстрата; помещение субстрата (подложка из кварца или сапфира) в вакуумную камеру с остаточным давлением 0.1 мПа таким образом, чтобы она была параллельна керамическим мишеням (ITO или ZnO чистотой 99.999%) и размещена на расстоянии 7 см; подача в камеру кислорода и аргона в отношении 1:2 до давления 1-1.5 Па; далее проводят последовательно операции напыления слоев ITO и ZnO. Толщина пленки ITO при этом составляет 150-200 нм, а толщина пленки ZnO составляет 600 нм. Затем образец помещают в кварцевую печь в атмосферу высокочистого кислорода и медленно нагревают до 400°С и выдерживают при этой температуре один час. Отожженный образец промывают в 20% растворе NH4Cl и после на поверхность ZnO осаждают слои алюминия толщиной 200 нм.A known method of producing vertically oriented arrays of zinc oxide nanorods by magnetron sputtering (Pat. CN 100517771 (C) of the People's Republic of China, IPC H01L 31/18. Declared November 20, 2007; publ. July 22, 2009) with subsequent application of aluminum layers for use as sensors ultraviolet (UV). This method of obtaining UV sensors includes the following steps: washing and drying the substrate; placing the substrate (a substrate of quartz or sapphire) in a vacuum chamber with a residual pressure of 0.1 MPa so that it is parallel to ceramic targets (ITO or ZnO with a purity of 99.999%) and placed at a distance of 7 cm; feeding oxygen and argon into the chamber in a ratio of 1: 2 to a pressure of 1-1.5 Pa; then sequentially spraying the ITO and ZnO layers. The ITO film thickness in this case is 150-200 nm, and the ZnO film thickness is 600 nm. Then the sample is placed in a quartz furnace in an atmosphere of high-purity oxygen and slowly heated to 400 ° C and maintained at this temperature for one hour. The annealed sample is washed in a 20% NH 4 Cl solution, and then aluminum layers 200 nm thick are deposited on the ZnO surface.

Недостатки данного способа связанны с тем, что для его реализации требуются весьма дорогие очень чистые материалы. Также данный способ требует поддержания строгого состава атмосферы в камере напыления, что крайне сложно реализуется, а несоблюдение данных параметров будет приводить к изменению морфологии пленки и изменению эксплуатационных параметров приборной структуры. Метод термического распыления является неравномерным методом нанесения с характерным максимумом в центре субстрата, что дает возможность при таком расположении покрывать площади не более 45×45 мм, чтобы добиться равномерности +/-5%.The disadvantages of this method are related to the fact that its implementation requires very expensive very clean materials. Also, this method requires maintaining a strict atmosphere in the spraying chamber, which is extremely difficult to implement, and non-compliance with these parameters will lead to a change in the morphology of the film and a change in the operational parameters of the instrument structure. The thermal spraying method is an uneven application method with a characteristic maximum in the center of the substrate, which makes it possible to cover areas of not more than 45 × 45 mm with this arrangement in order to achieve uniformity of +/- 5%.

Другой известный способ получения массива наностержней оксида цинка диаметром 40 нм и длинной 1 мкм для использования в качестве LED, полевого транзистора, фотодетектора и др. описан в патенте США (Пат. US 2006/0189018 А1 США, МПК H01L 21/00; H01L 33/00. Заявлено 25.06.2004; Опубл. 24.08.2006). Способ получения наноустройств основан на получении оксида цинка в результате разложения органических прекурсоров цинка (Zn(CH3)2, Zn(C2H5)2, Zn(CH3COO)2*H2O, Zn(CH3COO)2, Zn(C5H7O2)2, и т.д.) в атмосфере, содержащей кислород: O2, О3, NO2, Н2О (пар), CO2, С4Н8O и т.д. В результате чего пары прекурсора цинка и кислорода (или кислородсодержащего соединения), вступая в контакт с полупроводником р-типа, сформированного в виде тонкой пленки на поверхности субстрата, при температуре в диапазон 400-700°С и давлении 0.1-10 мм рт.ст. формируют наностержни ZnO.Another known method for producing an array of zinc oxide nanorods with a diameter of 40 nm and a length of 1 μm for use as an LED, field effect transistor, photodetector, etc. is described in US patent (US Pat. US 2006/0189018 A1, IPC H01L 21/00; H01L 33 / 00. Declared June 25, 2004; Published on August 24, 2006). The method for producing nanodevices is based on the production of zinc oxide by decomposition of organic zinc precursors (Zn (CH 3 ) 2 , Zn (C 2 H 5 ) 2 , Zn (CH 3 COO) 2 * H 2 O, Zn (CH 3 COO) 2 , Zn (C 5 H 7 O 2 ) 2 , etc.) in an atmosphere containing oxygen: O 2 , O 3 , NO 2 , H 2 O (steam), CO 2 , C 4 H 8 O, and t .d. As a result, pairs of zinc and oxygen precursor (or oxygen-containing compounds) coming into contact with a p-type semiconductor formed as a thin film on the surface of the substrate at a temperature in the range of 400-700 ° C and a pressure of 0.1-10 mm Hg . form ZnO nanorods.

Основным недостатком данного метода является низкая производительность и большой расход прекурсоров ввиду разложения их на нагревательных элементах и стенках камеры, что крайне неэффективно.The main disadvantage of this method is the low productivity and high consumption of precursors due to their decomposition on the heating elements and chamber walls, which is extremely inefficient.

Наиболее близкий к заявленному изобретению является способ изготовления фотодетектора ближнего ультрафиолетового излучения (БУФИ) с фоторезистивной двухэлектродной структурой, содержащей полупроводниковый наноструктурированный слой ZnO n-типа проводимости в виде массива наностержней оксида цинка (MHC-ZnO) и два омических контакта (Zhang Н., Babichev A.V., Jacopin G., Lavenus P., Julien F.H., Egorov A.Yu., Zhang J., Pauporte Т., Tchernycheva M. Characterization and modeling of a ZnO nanowire ultraviolet photodetector with graphene transparent contact // J. Appl. Phys. - 2013. - V. 114. - P. 234505-1234505-9), поэтому данный способ принят за прототип. Известный способ включает в себя:Closest to the claimed invention is a method of manufacturing a near-ultraviolet radiation photodetector (BUFI) with a photoresistive two-electrode structure containing an n-type semiconductor nanostructured ZnO layer in the form of an array of zinc oxide nanorods (MHC-ZnO) and two ohmic contacts (Zhang N., Babichev AV, Jacopin G., Lavenus P., Julien FH, Egorov A.Yu., Zhang J., Pauporte T., Tchernycheva M. Characterization and modeling of a ZnO nanowire ultraviolet photodetector with graphene transparent contact // J. Appl. Phys . - 2013. - V. 114. - P. 234505-1234505-9), therefore, this method is adopted as a prototype. The known method includes:

1) использование стеклянной подложки с высокопроводящим односторонним покрытием из легированного фтором оксида олова (SnO2:F), именуемым согласно сложившейся терминологии как FTO и имеющим поверхностное сопротивление RКВ=10 Ом/квадрат;1) the use of a glass substrate with a highly conductive one-sided coating of fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F), referred to in the current terminology as FTO and having a surface resistance of R KV = 10 Ω / square;

2) выращивание MHC-ZnO поверх FTO методом катодного потенциостатического электрохимического осаждения (ПЭХО) в прокачиваемом молекулярным кислородом водном электролите с начальным рН 5.5, содержащем 0.2 мМ ZnCl2 и 0.1М KCl, при напряжении на катоде (FTO) относительно насыщенного хлор-серебряного электрода сравнения (НХСЭС) UК=-1.0 В, температуре электролита ТЭ=(85±0,2)°С, вращении подложки с постоянной скоростью ω=5 Гц в течение времени τВ - 45 мин;2) growing MHC-ZnO over FTO by cathodic potentiostatic electrochemical deposition (PECO) in an aqueous electrolyte pumped with molecular oxygen with an initial pH of 5.5, containing 0.2 mM ZnCl 2 and 0.1 M KCl, at a cathode voltage (FTO) relative to the saturated silver chloride electrode Comparison (NHSSES) U К = -1.0 V, electrolyte temperature Т Э = (85 ± 0.2) ° С, substrate rotation with a constant speed ω = 5 Hz for a time τ В - 45 min;

3) последующую промывку подложки с выращенным MHC-ZnO в деионизированной воде, сушку на воздухе и отжиг на воздухе (с целью снижения остаточной концентрации донорных центров) при температуре ТО=400°С в течение времени τО=1 час;3) subsequent washing of the substrate with grown MHC-ZnO in deionized water, drying in air and annealing in air (in order to reduce the residual concentration of donor centers) at a temperature of T O = 400 ° C for a time τ O = 1 hour;

4) заполнение "spin-on" методом свободного пространства MHC-ZnO между нанонитями силсесквиоксаном водорода и последующее его преобразование в SiOX путем отжига при 400°С длительностью 1 час в потоке N2;4) spin-on filling by the MHC-ZnO free space between nanowires with silsesquioxane hydrogen and its subsequent conversion to SiO X by annealing at 400 ° C for 1 hour in a stream of N 2 ;

5) реактивное ионное стравливание с участием CF4 верхней части слоя SiOX до обнажения торцов нанонитей MHH-ZnO;5) reactive ion etching with the participation of CF 4 the upper part of the SiO X layer until the ends of the MHH-ZnO nanowires are exposed;

6) нанесение методом «влажного переноса» на один из квадратных участков поверхности MHC-ZnO площадью 25 мм2 прозрачного для БУФИ графена толщиной в 4 монослоя (предварительно выращенного способом газофазного химического осаждения на Si/SiO2/Ni подложке и отделенного от нее путем травления Ni в растворе FeCl3) с последующими естественной сушкой на воздухе и отжигом образца при 300°С в азотной среде;6) applying by the method of “wet transfer” to one of the square sections of the surface of MHC-ZnO with an area of 25 mm 2 a graphene transparent to BUFI 4 monolayers thick (previously grown by gas-phase chemical deposition on a Si / SiO 2 / Ni substrate and separated from it by etching Ni in a solution of FeCl 3 ) followed by natural drying in air and annealing the sample at 300 ° C in a nitrogen medium;

7) изготовление поверх графена методами электронно-лучевого испарения и литографии прямоугольного «кольцевого» металлического двухслойного электрода Ti/Au толщиной 10 и 150 нм соответственно, охватывающего несколько меньшую площадь с прямоугольным окном в центре для обеспечения возможности проникновения БУФИ через это окно в соответствующую область MHC-ZnO;7) fabrication on top of graphene by electron beam evaporation and lithography techniques of a rectangular “ring” Ti / Au two-layer metal electrode with a thickness of 10 and 150 nm, respectively, covering a slightly smaller area with a rectangular window in the center to allow the BUFI to penetrate through this window into the corresponding MHC region -ZnO;

8) изготовление аналогичными методами поверх обнаженных торцов нанонитей MHC-ZnO дистанцированного относительно графена второго сплошного прямоугольного двухслойного электрода Ti/Au, образующего прямоугольный щелевой зазор с первым электродом;8) fabrication by similar methods on top of the exposed ends of the MHC-ZnO nanowires spaced apart from graphene, a second continuous rectangular two-layer Ti / Au electrode, forming a rectangular slot gap with the first electrode;

9) присоединение к металлическим электродам гибких проволочных выводов.9) attaching flexible wire leads to metal electrodes.

Согласно результатам структурных исследований MHC-ZnO состояли из нанонитей со средними значениями длины и диаметра 1 мкм и 150 нм соответственно, при средней поверхностной плотности нанонитей равной 10 нанонитей/мкм2. Фотолюминесцентные исследования выявили наличие сильного эмиссионного пика с максимумом при 380 нм (около 3.26 эВ) и полушириной 130 мэВ, а также слабой (в десятки раз менее интенсивной) желто-зеленой люминесценцией в области 600 нм (около 2.07 эВ), связанной с являющимися донорными центрами кислородными вакансиями и другими структурными дефектами в нанонитях ZnO. Как показали электрооптические исследования таких приборов, в случае генерированного ультрафиолетовым светодиодом БУФИ с λБУФИ=357 нм и РФ*=8,5 мВт/см2 стационарный фототок при U=1 В составлял IФ=9.9 мА, а начальный темновой ток IТ=3.9 мА. Это соответствует весьма низкой спектральной чувствительности (кратности изменения тока под влиянием БУФИ) - К=IФ/IТ≈2.5, что, по-видимому, обусловлено высокой остаточной концентрацией донорных центров в нанонитях ZnO. Время отклика при низкочастотном воздействии БУФИ составляло τотк≈80 с, а время отсечки - τотс≈240 с, которое примерно в 4 раза превышает практически целесообразное.According to the results of structural studies, MHC-ZnO consisted of nanowires with average lengths and diameters of 1 μm and 150 nm, respectively, with an average surface density of nanowires of 10 nanowires / μm 2 . Photoluminescent studies revealed the presence of a strong emission peak with a maximum at 380 nm (about 3.26 eV) and a half-width of 130 meV, as well as weak (ten times less intense) yellow-green luminescence in the region of 600 nm (about 2.07 eV), associated with donor centers by oxygen vacancies and other structural defects in ZnO nanowires. As shown electrooptical studies of such devices, if the generated ultraviolet LED BUFI BUFI with λ = 357 nm and P = F * 8.5 mW / cm 2 under steady photocurrent U = 1 V = F I was 9.9 mA, and the initial dark current I T = 3.9 mA. This corresponds to a very low spectral sensitivity (multiplicity of current changes under the influence of the BUFI) - K = I Ф / I Т ≈ 2.5, which, apparently, is due to the high residual concentration of donor centers in ZnO nanowires. Response time is the low frequency impacts BUFI was ≈80 TCI τ c, and cutoff time - τ ≈240 ots s, which is approximately 4 times the practicality.

Таким образом, изготавливаемый известным способом фотодетектор БУФИ при UК=-1.0 В обеспечивает надлежащий уровень стационарного значения фототока, но характеризуется недопустимо низкой кратностью изменения тока под влиянием БУФИ, повышенным временем отсечки, частичной чувствительностью в видимой желто-зеленой области спектра, достаточно энергозатратной, весьма сложной и дорогой для промышленного изготовления технологией с использованием золота, графена и фотолитографии.Thus, the BUFI photodetector manufactured in a known manner at U K = -1.0 V provides an appropriate level of the stationary value of the photocurrent, but is characterized by an unacceptably low rate of change in current under the influence of the BUFI, increased cut-off time, partial sensitivity in the visible yellow-green region of the spectrum, which is quite energy-consuming, a very complex and expensive technology for industrial manufacturing using gold, graphene and photolithography.

Задачей изобретения является изготовление селективно чувствительного солнечно-слепого фотодетектора БУФИ на основе массива МНС-ZnO, который позволяет значительно повысить спектральную чувствительность под влиянием БУФИ, снизить время отсечки, существенно упростить технологию изготовления такого фотодетектора, снизить ее энергозатратность, исключить необходимость использования платины, золота, палладия, индия, графена, электронно-лучевого испарения, реактивного ионного травления и фотолитографии.The objective of the invention is the manufacture of selectively sensitive solar-blind photodetector BUFI based on the MNS-ZnO array, which can significantly increase spectral sensitivity under the influence of BUFI, reduce the cut-off time, significantly simplify the manufacturing technology of such a photo detector, reduce its energy consumption, eliminate the need to use platinum, gold, palladium, indium, graphene, electron beam evaporation, reactive ion etching and photolithography.

Поставленная задача решается за счет использования импульсного электрохимического осаждения (ИЭХО), при котором формируется полупроводниковый наноструктурированный слой ZnO n-типа проводимости в виде MHC-ZnO, и использования термовакуумного напыления алюминиевых контактов под углом не более 35° к подложке. Данный способ включает в себя следующие этапы:The problem is solved by using pulsed electrochemical deposition (PEC), in which an n-type ZnO semiconductor nanostructured layer is formed in the form of MHC-ZnO, and the thermal vacuum deposition of aluminum contacts is performed at an angle of no more than 35 ° to the substrate. This method includes the following steps:

1) использование односторонне покрытой слоем FTO (сопротивлением 7-10 Ом/квадрат) прозрачной для БУФИ стеклянной подложки, подвергнутой комплексной жидкофазной химической очистке (в перхлорэтилене, серной кислоте и деионизированной воде в ультразвуке, в парах изопропилового спирта) от возможных загрязнений органической и неорганической природы;1) the use of a one-sidedly coated FTO layer (with a resistance of 7-10 Ohm / square) transparent to a BUFI glass substrate, subjected to complex liquid-phase chemical cleaning (in perchlorethylene, sulfuric acid and deionized water in ultrasound, in isopropyl alcohol vapors) from possible pollution of organic and inorganic nature;

2) катодное импульсное электрохимическое осаждение MHC-ZnO со срастающимися у основания наностержнями длиной менее 1 мкм на часть тыльной стороны неподвижной подложки со слоем FTO при температуре 60 +/-5°С и длительности процесса до 1 часа в не перемешиваемом механически и не барботируемым какими-либо газами водном нитратном электролите, содержащем Zn(NO3)2 и NaNO3;2) cathodic pulsed electrochemical deposition of MHC-ZnO with nanorods fused at the base with a length of less than 1 μm on a part of the back side of a fixed substrate with an FTO layer at a temperature of 60 +/- 5 ° C and a process duration of up to 1 hour in which is not mechanically stirred and not sparged with any either gases of an aqueous nitrate electrolyte containing Zn (NO 3 ) 2 and NaNO 3 ;

3) последующую промывку подложки с MHC-ZnO в деионизированной воде и сушку в потоке теплого воздуха;3) subsequent washing of the substrate with MHC-ZnO in deionized water and drying in a stream of warm air;

4) термовакуумное косое осаждение, под углом не более 35° к поверхности подложки, тыльных алюминиевых микроконтактов на верхние концы наностержней и поверх FTO за пределами MHC-ZnO через соответствующую теневую маску из алюминия с двумя прямоугольными окнами;4) thermal vacuum oblique deposition, at an angle of no more than 35 ° to the surface of the substrate, of the rear aluminum microcontacts at the upper ends of the nanorods and over the FTO outside the MHC-ZnO through the corresponding shadow mask made of aluminum with two rectangular windows;

5) коммутирование тыльных алюминиевых микроконтактов на верхних концах наностержней высокопроводящим вязким эпоксидным клеем, нанесение слоя этого клея поверх алюминиевого контакта к FTO и приклеивание им гибких проволочных выводов к коммутирующему тыльному высокопроводящему эпоксидному контакту, а также к высокопроводящему эпоксидному слою на алюминиевом контакте к FTO;5) switching the rear aluminum microcontacts on the upper ends of the nanorods with a highly conductive viscous epoxy adhesive, applying a layer of this adhesive over the aluminum contact to the FTO and gluing flexible wire leads to the switching rear highly conductive epoxy contact, as well as to the highly conductive epoxy layer on the aluminum contact to the FTO;

6) отжиг полученной приборной структуры с MHC-ZnO в термостате на воздухе при температуре 245-255°С длительностью от 270 с до 330 с и ее последующее самопроизвольное остывание вместе с термостатом до комнатной температуры.6) annealing the obtained device structure with MHC-ZnO in a thermostat in air at a temperature of 245-255 ° C for a duration of 270 s to 330 s and its subsequent spontaneous cooling together with the thermostat to room temperature.

Суть заявляемого технического решения состоит в том, что новый способ изготовления селективно чувствительного солнечно-слепого фотодетектора БУФИ с фоторезистивной двухэлектродной структурой, содержащей полупроводниковый наноструктурированный слой ZnO n-типа проводимости в виде MHC-ZnO и два омических контакта, имеет существенные преимущества в сравнении с описанным в прототипе по ряду важных достигаемых при его применении результатов:The essence of the proposed technical solution is that a new method of manufacturing a selectively sensitive solar-blind photodetector BUFI with a photoresistive two-electrode structure containing an n-type semiconductor nanostructured ZnO layer in the form of MHC-ZnO and two ohmic contacts has significant advantages compared to the described in the prototype for a number of important results achieved with its use:

1) в отличие от катодного ПЭХО, использованного в прототипе для выращивания MHC-ZnO, катодное импульсное электрохимическое осаждение, в силу специфики протекания соответствующих электрохимических процессов и возможности более гибкого управления ими за счет целенаправленного варьирования амплитудными и временными параметрами импульсов напряжения в электрохимической ячейке между проводящей подложкой (катодом), на которой формируются MHC-ZnO, и противоэлектродом, позволяет обеспечивать изготовление MHC-ZnO с оптимальными для фотодетектора БУФИ структурой и свойствами при значительно меньших энергозатратах как на стадии выращивания, так и при последующем отжиге на воздухе;1) in contrast to the cathode PECO used in the prototype for growing MHC-ZnO, cathodic pulsed electrochemical deposition, due to the specifics of the corresponding electrochemical processes and the possibility of more flexible control due to the purposeful variation of the amplitude and time parameters of voltage pulses in the electrochemical cell between the conducting the substrate (cathode) on which the MHC-ZnO are formed, and the counter electrode, allows for the production of MHC-ZnO with optimal for the photodetector BUF structure and properties at significantly lower energy consumption as in the cultivation step and the subsequent annealing in air;

2) благодаря этому при облучении такого фотодетектора со стороны фронтальной поверхности подложки ему присущи примерно на два с половиной порядка большие значения спектральной чувствительности к БУФИ в интервале 365-370 нм и полное отсутствие фоточувствительности при λ>380 нм и сниженное более чем в 5 раз время отсечки;2) due to this, when such a photodetector is irradiated from the frontal surface of the substrate, it exhibits approximately two and a half orders of magnitude higher spectral sensitivity to the BUFI in the range 365-370 nm and a complete absence of photosensitivity at λ> 380 nm and a decrease of more than 5 times cutoffs;

3) акцентированные преимущества реализуются без использования дорогостоящих платины, золота, палладия, индия и графена в элементах конструкции фотодетектора, а также без применения электронно-лучевого испарения, реактивного ионного травления и фотолитографии, существенно усложняющих технологию промышленного изготовления таких приборов.3) accented advantages are realized without the use of expensive platinum, gold, palladium, indium and graphene in the structural elements of the photodetector, as well as without the use of electron beam evaporation, reactive ion etching and photolithography, which significantly complicate the technology for the industrial manufacture of such devices.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

на Фиг. 1 схематически изображен общий вид фотодетектора, получаемого настоящим способом и состоящего из: 1 - прозрачной для БУФИ стеклянной подложки; 2 - высокопроводящего слоя FTO с поверхностным сопротивлением 7-10 Ом/квадрат; 3 - массива сросшихся у оснований наностержней из ZnO со средними длиной 0.65 мкм и диаметром несросшихся участков вблизи их вершин 0.30 мкм; 4 - пленочных алюминиевых омических микроконтактов к верхним концам этих наностержней и пленочного алюминиевого контакта 9 к слою FTO, образующего в свою очередь омический контакт с основаниями сросшихся наностержней из ZnO; 5 - слоя высокопроводящей эпоксидной композиции, коммутирующего алюминиевые микроконтакты на верхних концах наностержней, и аналогичного слоя 8, покрывающего сплошной алюминиевый контакт 9; 6 - гибкого проволочного вывода, приклеенного высокопроводящим эпоксидным клеем к слою 5; 7 - гибкого проволочного вывода, приклеенного высокопроводящим эпоксидным клеем к слою 8;in FIG. 1 schematically depicts a General view of the photodetector obtained by the present method and consisting of: 1 - transparent to BUFI glass substrate; 2 - a highly conductive FTO layer with a surface resistance of 7-10 Ohms / square; 3 - an array of ZnO nanorods fused at the bases with an average length of 0.65 μm and a diameter of non-fused sections near their vertices of 0.30 μm; 4 - film aluminum ohmic microcontacts to the upper ends of these nanorods and film aluminum contact 9 to the FTO layer, which in turn forms an ohmic contact with the bases of intergrown ZnO nanorods; 5 - layer of a highly conductive epoxy composition, switching aluminum microcontacts at the upper ends of the nanorods, and a similar layer 8, covering a solid aluminum contact 9; 6 - flexible wire output glued with a highly conductive epoxy adhesive to layer 5; 7 - flexible wire output glued with a highly conductive epoxy adhesive to layer 8;

на Фиг. 2 показана эпюра импульсов напряжения UK между катодом (рабочим электродом, являющимся слоем FTO на стеклянной подложке) и насыщенным хлорсеребряным электродом сравнения, соответствующая режиму катодного импульсного электрохимического осаждения массива наностержней ZnO на слой FTO в трехэлектродной электрохимической ячейке при формировании MHC-ZnO, где согласно общепринятой терминологии: UВКЛ=-1.4 В - максимальное по абсолютной величине значение UK, UВЫК=-0.8 В - минимальное по абсолютной величине значение UK, τИ=0.3 с - длительность импульса UВКЛ; τС=0.2 с - длительность импульса UВЫКЛ; указанные временные параметры соответствуют коэффициенту заполнения 0.6 и частоте f=2 Гц;in FIG. Figure 2 shows a plot of voltage pulses U K between a cathode (a working electrode, which is an FTO layer on a glass substrate) and a saturated silver-silver reference electrode, corresponding to the cathodic pulsed electrochemical deposition of an array of ZnO nanorods onto an FTO layer in a three-electrode electrochemical cell during the formation of MHC-ZnO, where, according to generally accepted terminology: U ON = -1.4 V - the maximum absolute value of U K , U OFF = -0.8 V - the minimum absolute value of U K , τ И = 0.3 s - pulse duration U ON ; τ C = 0.2 s - pulse duration U OFF ; the indicated time parameters correspond to a duty cycle of 0.6 and a frequency of f = 2 Hz;

на Фиг. 3, а, б приведены результаты исследований полуконтактным методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) с помощью установки "НаноЛаборатория Интегра Прима NT-MDT", типичные для тестовых образцов массивов наностержней ZnO, осажденных в условиях, аналогичных реализуемым при изготовлении рассматриваемого фотодетектора, где: а - 3D - изображение массива наностержней ZnO; б - профиль поверхности этого массива в произвольно выбранном направлении прямолинейного перемещения над ней консоли кантилевера, из которого следуют указанные выше средние длина наностержней ZnO и диаметр их несросшихся участков вблизи вершин;in FIG. 3a, b show the results of studies semicontact by atomic force microscopy (AFM) by setting "NanoLaboratory Integra Prima NT-MDT", typical test samples arrays nanorods ZnO, deposited under conditions similar realizable in the manufacture considered photodetector, wherein: a - 3D - image of an array of ZnO nanorods; b - the surface profile of this array in an arbitrarily selected direction of rectilinear movement of the cantilever console above it, from which the average lengths of ZnO nanorods indicated above and the diameter of their non-fused sections near the vertices follow;

на Фиг. 4 представлена полученная с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-4 в излучении NiKα (длина волны λNiKα=1.65784

Figure 00000001
) при фокусировке по Брэггу-Брентано (θ-2θ) дифрактограмма, типичная для тестовых образцов массивов наностержней ZnO, осажденных в условиях, аналогичных реализуемым при изготовлении рассматриваемого фотодетектора, содержащая информацию о их кристаллической структуре и текстуре (звездочкой обозначены максимумы, принадлежащие слою FTO);in FIG. Figure 4 shows the DRON-4 X-ray diffractometer obtained in NiKα radiation (wavelength λ NiKα = 1.65784
Figure 00000001
) during Bragg-Brentano focusing (θ-2θ), a diffraction pattern typical of test samples of arrays of ZnO nanorods deposited under conditions similar to those realized in the manufacture of the photodetector under consideration containing information on their crystal structure and texture (asterisks indicate the maxima belonging to the FTO layer) ;

на Фиг. 5 приведен полученный с помощью спектрометра LabRam HR800 в геометрии обратного рассеяния при комнатной температуре спектр фотолюминесценции, типичный для тестовых образцов массивов наностержней ZnO, осажденных в условиях, аналогичных реализуемым при изготовлении рассматриваемого фотодетектора, который содержит информацию об их электронной энергетической структуре, а также о возможном соотношении их спектральной чувствительности в ближней ультрафиолетовой и видимой областях спектра;in FIG. Figure 5 shows the photoluminescence spectrum obtained using a LabRam HR800 spectrometer in the geometry of backscattering at room temperature, typical of test samples of ZnO nanorod arrays deposited under conditions similar to those realized in the manufacture of the photodetector under consideration, which contains information about their electronic energy structure, as well as possible the ratio of their spectral sensitivity in the near ultraviolet and visible regions of the spectrum;

на Фиг. 6 показан метод измерения динамических вольт-амперных характеристик (ВАХ) рассматриваемого фотодетектора с помощью промышленного измерителя параметров полупроводниковых приборов (ИППП) типа Л2-56 при облучении фотодетектора со стороны стекла БУФИ соответствующего светодиода (световая динамическая ВАХ), который пригоден и использовался также для измерения динамических световых ВАХ фотодетектора при его светодиодном облучении излучением из видимой области спектра или в отсутствие какого-либо облучения (темновая динамическая ВАХ);in FIG. Figure 6 shows a method for measuring the dynamic current – voltage (I – V) characteristics of the photodetector under consideration using an industrial meter of semiconductor devices (STI) type L2-56 when the photodetector is irradiated from the BUFI glass side of the corresponding LED (light dynamic I – V characteristic), which is also suitable and was used to measure dynamic light I – V characteristics of a photodetector during its LED irradiation with radiation from the visible region of the spectrum or in the absence of any irradiation (dark dynamic I – V characteristic);

на Фиг. 7, а и б представлены темновые (отсутствие облучения) и световые (при облучении стационарным БУФИ с 365≤λБУФИ≤370 нм и удельной мощностью на фотоприемной поверхности стеклянной подложки РФ*=0.53 Вт/см2) динамические ВАХ рассматриваемого фотодетектора, измеренные указанным выше методом (см. фиг. 6);in FIG. 7a and b shows the dark (no irradiation) and light (when irradiated with stationary BUFI 365≤λ BUFI ≤370 nm and a power density on the photodetector surface of the glass substrate P * P = 0.53 W / cm 2) dynamic CVC considered photodetector measured the above method (see Fig. 6);

на Фиг. 8 показан метод получения осциллограммы фототока IФ рассматриваемого фотодетектора - тока, протекающего в фотодетекторе с сопротивлением RФ при его облучении потоком прямоугольных импульсов БУФИ и в измерительной цепи, к которой подключен фотодетектор, где: 1 - фотодетектор; 2 - поток прямоугольных импульсов БУФИ с 365≤λБУФИ≤370 нм и амплитудой удельной мощности РФ*=0.53 Вт/см2 на фотоприемной поверхности стеклянной подложки, имеющий форму меандра со скважностью Su=2 и длительностью импульсов τu=312 с; 3 - источник HY3020MR варьируемого с шагом 0.1 В стабилизированного постоянного напряжения; 4 - резистор с активным сопротивлением R a <<RФ; 5 - цифровой запоминающий осциллограф RIGOL DS1064 В для регистрации напряжения U a на резисторе 4, по которому величина IФ определяется с помощью соотношения IФ=U a /R a ; 6 - мультиметр MS8050, параллельно подключенный к фотодетектору как вольтметр для измерения напряжения U на фотодетекторе;in FIG. Figure 8 shows a method for obtaining oscillograms of the photocurrent I Ф of the considered photodetector — the current flowing in the photodetector with resistance R Ф when it is irradiated with a stream of rectangular pulses BUFI and in the measuring circuit to which the photodetector is connected, where: 1 - photodetector; 2 - a stream of rectangular pulses BUFI with 365≤λ BUFI ≤370 nm and the amplitude of the specific power Р Ф * = 0.53 W / cm 2 on the photodetector surface of the glass substrate, having the shape of a meander with a duty cycle S u = 2 and pulse duration τ u = 312 s ; 3 - source HY3020MR of stabilized constant voltage variable in 0.1 V increments; 4 - resistor with active resistance R a << R Ф ; 5 - DSO RIGOL DS1064 B to detect the voltage U a resistor 4, by which the value I F is determined by using the relationship I F = U a / R a; 6 - multimeter MS8050, connected in parallel to the photodetector as a voltmeter for measuring the voltage U on the photodetector;

на Фиг. 9 приведен фрагмент осциллограммы фототока IФ рассматриваемого фотодетектора при напряжении на фотодетекторе U=1 В, который позволяет оценить степень воспроизводимости индикации БУФИ таким прибором в режиме спектральной чувствительности, соответствующей указанному напряжению, и определить его время отклика τотк, в течение которого регистрируемый фотодетектором сигнал увеличивается от нулевого значения при приходе импульса БУФИ до 0.63 его максимальной величины, соответствующей выходу на насыщение под действием этого импульса, а также время отсечки τотс, в течение которого регистрируемый фотодетектором сигнал уменьшается от указанной максимальной величины до 0.37 ее значения после отсечки импульса БУФИ.in FIG. 9 shows a fragment of the waveform of the photocurrent I F consideration photodetector at a voltage on the photodetector U = 1 V, which allows to evaluate the degree of reproducibility indicating BUFI such device in a mode of the spectral sensitivity corresponding to said voltage and to determine its response time τ TCI during which the detected photodetector signal increases from zero when the BUFI pulse arrives to 0.63 of its maximum value corresponding to saturation under the influence of this pulse, and also e cutoff time τ UTS, during which the signal detected by the photodetector decreases from said maximum value to its value after 0.37 BUFI pulse cutoff.

Пример 1. Изготовление фотодетектора с ограниченным диапазоном спектральной чувствительности в области БУФИ на основе MHC-ZnO, общий вид которого схематически показан на Фиг. 1, осуществлялось с использование прямоугольной прозрачной для БУФИ подложки, покрытой с одной стороны слоем FTO с сопротивление 7-10 Ом/квадрат. Затем эти подложки подвергались комплексной химической очистке: в перхлорэтилене в ультразвуке в течение 20 мин; в парах изопропилового спирта в течение 1 часа; промывке в деионизированной воде; очистке в концентрированной серной кислоте в течение 30 секунд; промывке в ультразвуковой ванне с деионизированной водой и сушке в потоке теплого воздуха.Example 1. The manufacture of a photodetector with a limited range of spectral sensitivity in the field of BUFI based on MHC-ZnO, a general view of which is schematically shown in FIG. 1, was carried out using a rectangular transparent for BUFI substrate coated on one side with an FTO layer with a resistance of 7-10 Ohms / square. Then these substrates were subjected to complex chemical cleaning: in perchlorethylene in ultrasound for 20 minutes; in pairs of isopropyl alcohol for 1 hour; rinsing in deionized water; purification in concentrated sulfuric acid for 30 seconds; washing in an ultrasonic bath with deionized water and drying in a stream of warm air.

Осаждение на отмытую стеклянную подложку проводилось в термостатированной трехэлектродной электрохимической ячейке с водным нитратным электролитом, содержащем 0.05 М Zn(NO3)2 и 0.1 М NaNO3. Температура на протяжении всего процесса формирования MHC-ZnO поддерживалась в интервале 55-65°С, время формирования 60 минут. В качестве противоэлектрода - анода использовалась платиновая спираль. Электродом сравнения являлся насыщенный хлорсеребряный электрод стандартной конструкции. На рабочий электрод подавались прямоугольные импульсы напряжения (согласно Фиг. 2) с частотой ƒ=2 Гц. При этом UВКЛ=-1,4 В и UВЫК=-0,8 В подавались в течении 0.3 и 0.2 секунд соответственно; количество импульсов при этом составляло 7200.Deposition on the washed glass substrate was carried out in a thermostated three-electrode electrochemical cell with an aqueous nitrate electrolyte containing 0.05 M Zn (NO 3 ) 2 and 0.1 M NaNO 3 . The temperature throughout the entire process of formation of MHC-ZnO was maintained in the range of 55-65 ° C, the formation time of 60 minutes. A platinum coil was used as a counter electrode. The reference electrode was a silver chloride saturated standard electrode. Rectangular voltage pulses (according to Fig. 2) with a frequency of ƒ = 2 Hz were applied to the working electrode. In this case, U ON = -1.4 V and U OFF = -0.8 V were supplied for 0.3 and 0.2 seconds, respectively; the number of pulses was 7200.

Далее в вакуумной установке, при давлении остаточных газов 0.1-1 мПа, через теневую маску из алюминия на поверхность подложки, частично покрытой массивом наностержней ZnO, осуществлялось термовакуумное осаждение парового потока атомов алюминия на верхние концы наностержней ZnO и поверх слоя FTO за пределами указанного массива. Подложка с маской располагалась под углом 30° к нормали к вертикали над испарителем, что позволяет избежать полного обволакивания металлом наностержней ZnO. Осаждение алюминия проводят до формирования слоя толщиной 80-100 нм. Затем тыльные алюминиевые микроконтакты на верхних концах наностержней ZnO коммутируются между собой путем нанесения сплошного слоя высокопроводящего вязкого эпоксидного клея на внешнюю поверхность, как показано на Фиг. 1. Подсоединение одного из гибких медных проволочных выводов фотодетектора одновременно ко всем с алюминиевыми микроконтактами, который после отвердевания образует единый тыльный высокопроводящий эпоксидный контакт фотодетектора (позиция 5 на Фиг. 1). Аналогичная операция выполнялась для изготовления высокопроводящего эпоксидного контакта (позиция 8 на Фиг. 1) поверх алюминиевого контакта (позиция 9 на Фиг. 1), нанесенного на слой FTO. Подсоединение внешних гибких медных проволочных выводов диаметром 0.1 мм каждый (позиции 6 и 7 на Фиг. 1) к указанным двум высокопроводящим эпоксидным контактам (позиции 5 и 8 на Фиг. 1) осуществлялось их приклеиванием аналогичным высокопроводящим эпоксидным клеем с последующим его отвердеванием.Then, in a vacuum installation, at a residual gas pressure of 0.1-1 MPa, a thermal vacuum deposition of a vapor stream of aluminum atoms onto the upper ends of ZnO nanorods and over the FTO layer outside the specified array was carried out through an aluminum shadow mask on a substrate surface partially covered with an array of ZnO nanorods. The substrate with the mask was located at an angle of 30 ° normal to the vertical above the evaporator, which avoids complete metal enveloping of ZnO nanorods. The deposition of aluminum is carried out until the formation of a layer with a thickness of 80-100 nm. Then, the rear aluminum microcontacts at the upper ends of the ZnO nanorods are interconnected by applying a continuous layer of highly conductive viscous epoxy adhesive to the outer surface, as shown in FIG. 1. Connecting one of the flexible copper wire leads of the photodetector simultaneously to all with aluminum microcontacts, which after hardening forms a single rear highly conductive epoxy contact of the photodetector (position 5 in Fig. 1). A similar operation was performed to fabricate a highly conductive epoxy contact (key 8 in FIG. 1) over an aluminum contact (key 9 in FIG. 1) deposited on the FTO layer. The connection of external flexible copper wire leads with a diameter of 0.1 mm each (positions 6 and 7 in Fig. 1) to these two highly conductive epoxy contacts (positions 5 and 8 in Fig. 1) was carried out by gluing them with a similar highly conductive epoxy glue followed by hardening.

Завершающей операцией при изготовлении фотодетектора был его отжиг на воздухе длительностью τO=300 с при температуре ТO=250+/-5°С.The final operation in the manufacture of the photodetector was its annealing in air with a duration of τ O = 300 s at a temperature T O = 250 +/- 5 ° С.

Выполненные методом, показанным на Фиг. 6, измерения приведенных на Фиг. 7 динамических ВАХ рассматриваемого фотодетектора показывает, что при облучении его стационарным БУФИ с 365≤λБУФИ≤370 нм и удельной мощностью на фотоприемной поверхности стеклянной подложки РФ*=0.53 Вт/см2 приводит в области максимальной спектральной чувствительности при U=1 В к фототоку IФ=5.0 мА, а в отсутствие облучения при U=1 В его темновой ток составляет IТ=9.4 мкА (Фиг. 7, а), что соответствует спектральной чувствительности S≈532.Performed by the method shown in FIG. 6, the measurements shown in FIG. 7 dynamic CVC photodetector consideration shows that when irradiated with a stationary BUFI 365≤λ BUFI ≤370 nm and a power density on the photodetector surface of the glass substrate P * P = 0.53 W / cm 2 results in the maximum spectral sensitivity at U = 1 to F photocurrent I = 5.0 mA, and in the absence of irradiation at U = 1 in its dark current is I T = 9.4 mA (FIG. 7a), which corresponds to the spectral sensitivity S≈532.

Таким образом, при U=1 В и воздействии БУФИ спектральная чувствительность фотодетектора, изготовленного заявляемым способом, примерно в 213 раз выше спектральной чувствительности фотодетектора, изготовленного согласно прототипу. Вместе с тем, как было установлено методом динамической световой ВАХ, у фотодетектора, изготовленного заявляемым способом, при λ>380 нм спектральная чувствительность практически отсутствовала.Thus, at U = 1 V and the influence of the BUFI, the spectral sensitivity of the photodetector manufactured by the claimed method is approximately 213 times higher than the spectral sensitivity of the photodetector made according to the prototype. However, as was established by the dynamic light CVC method, the photodetector manufactured by the claimed method, at λ> 380 nm, the spectral sensitivity was practically absent.

Согласно осциллограмме, приведенной на Фиг. 9, после отжига фотодетектора, изготовленного заявляемым способом, его время отклика τотк=100 с, что незначительно отличается от τотк прототипа, а время отсечки τотс=42 с, что примерно в 5.7 раза меньше τотс прототипа. Помимо этого, из акцентированной осциллограммы следует хорошая воспроизводимость моностабильного процесса переключения фотодетектора, изготовленного заявляемым способом, между устойчивым низкопроводящим состоянием в отсутствие облучения и метастабильным высокопроводящим состоянием во время облучения ближним ультрафиолетовым излучением, что свидетельствует о надлежащей стабильности работы такого фотодетектора.According to the waveform shown in FIG. 9, after annealing photodetector made by the claimed method, it RTT TCI τ = 100 s, which is slightly different from the prototype TCI τ and τ ots cutoff time = 42 s, which is about 5.7 times smaller than τ ots prototype. In addition, from the accented waveform, good reproducibility of the monostable switching process of the photodetector made by the claimed method follows between a stable low-conductive state in the absence of irradiation and a metastable high-conductive state during irradiation with near ultraviolet radiation, which indicates the proper stability of the operation of such a photodetector.

Воспроизводимость описанной выше результативности заявляемого изобретения фотодетектора с ограниченным диапазоном спектральной чувствительности на основе массива наностержней оксида цинка проверена в серии экспериментов.The reproducibility of the above described effectiveness of the claimed invention of a photodetector with a limited range of spectral sensitivity based on an array of zinc oxide nanorods has been tested in a series of experiments.

Таким образом, использование заявляемого в изобретении способа позволяет изготавливать селективно чувствительный солнечно-слепой фотодетектор ближнего ультрафиолетового излучения на основе массива наностержней ZnO со значительно повышенными спектральной чувствительностью и фототоком при напряжении 1 В, а также с существенно сниженным временем отсечки, применяя достаточно простую, низкоэнергозатратную, экологически чистую и легко адаптируемую для промышленного применения технологию изготовления, исключающую необходимость использования в элементах конструкции фотодетектора дорогостоящих платины, золота, палладия, индия, графена, а также сложных в реализации и дорогостоящих методов электронно-лучевого испарения, реактивного ионного травления и фотолитографии.Thus, the use of the inventive method makes it possible to produce a selectively sensitive solar-blind near-ultraviolet light photodetector based on an array of ZnO nanorods with significantly increased spectral sensitivity and photocurrent at a voltage of 1 V, as well as with significantly reduced cut-off time, using a fairly simple, low-energy, environmentally friendly and easily adaptable manufacturing technology for industrial applications, eliminating the need to use the use of expensive platinum, gold, palladium, indium, graphene, as well as complicated and expensive methods of electron beam evaporation, reactive ion etching and photolithography in the design elements of the photodetector.

Claims (7)

1. Способ изготовления фотодетектора с ограниченным диапазоном спектральной чувствительности на основе массива наностержней оксида цинка, включающий катодное электрохимическое осаждение массива наностержней ZnO на часть площади высокопроводящей прозрачной для ближнего ультрафиолетового излучения подложки, являющейся одним из омических контактов к сопрягающемуся с ней основанию массива наностержней ZnO, нанесение второго слоистого омического контакта на верхние концы наностержней ZnO этого массива, нанесение слоистой проводящей контактной площадки на высокопроводящую подложку за пределами массива наностержней ZnO, гальваническое сопряжение гибких проволочных выводов со слоистым омическим контактом на верхних концах наностержней ZnO и с проводящей контактной площадкой за пределами массива наностержней ZnO, отличающийся тем, что получение массива наностержней ZnO в условиях, обеспечивающих срастание оснований соседних наностержней, осуществляется его катодным импульсным электрохимическим осаждением на часть площади неподвижной подложки, предварительно химически очищенной в ультразвуковой ванне от возможных загрязнений органической и неорганической природы, промытой в деионизированной воде и высушенной в потоке теплого воздуха; нанесение слоистого омического контакта на верхние концы наностержней ZnO этого массива и нанесение слоистой проводящей контактной площадки на высокопроводящую подложку выполняется термовакуумной металлизацией соответствующих областей алюминием через теневую маску и последующим формированием высокопроводящих эпоксидных контактных слоев поверх металлизированных областей; гальваническое сопряжение гибких проволочных выводов со слоистым омическим контактом на верхних концах наностержней ZnO и с проводящей контактной площадкой за пределами массива наностержней ZnO осуществляется приклейкой высокопроводящим эпоксидным клеем гибких проволочных выводов к ранее сформированным в этих областях высокопроводящим эпоксидным слоям; завершающей операцией является отжиг этой конструкции на воздухе.1. A method of manufacturing a photodetector with a limited spectral sensitivity range based on an array of zinc oxide nanorods, comprising cathodic electrochemical deposition of an array of ZnO nanorods on a part of an area of a highly conductive transparent substrate for near ultraviolet radiation, which is one of the ohmic contacts to the base of the ZnO nanorod array that mates with it, deposition the second layered ohmic contact on the upper ends of the ZnO nanorods of this array, applying a layered conductive contact site on a highly conductive substrate outside the array of ZnO nanorods, galvanic coupling of flexible wire leads with a layered ohmic contact at the upper ends of the ZnO nanorods and with a conductive contact pad outside the array of ZnO nanorods, characterized in that the production of an array of ZnO nanorods under the conditions of intergrowth neighboring nanorods, carried out by its cathodic pulsed electrochemical deposition on a part of the surface of a fixed substrate, previously chemically pure searched in an ultrasonic bath for possible contaminants of organic and inorganic nature, washed in deionized water and dried in a stream of warm air; applying a layered ohmic contact to the upper ends of the ZnO nanorods of this array and applying a layered conductive contact pad to a highly conductive substrate is performed by thermal vacuum metallization of the corresponding regions with aluminum through a shadow mask and the subsequent formation of highly conductive epoxy contact layers on top of the metallized regions; galvanic coupling of flexible wire leads with a layered ohmic contact at the upper ends of ZnO nanorods and with a conductive contact pad outside the array of ZnO nanorods is carried out by gluing high-conductive epoxy adhesive of flexible wire leads to highly conductive epoxy layers previously formed in these areas; the final operation is annealing this structure in air. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высокопроводящая прозрачная для ближнего ультрафиолетового излучения подложка изготовлена из стеклянной пластины NSG TEC™ А7 компании Pilkington с нанесенным слоем FTO толщиной 450-550 нм и удельным сопротивлением 7-10 Ом/квадрат.2. The method according to p. 1, characterized in that the highly conductive transparent for near ultraviolet radiation substrate is made of a glass plate NSG TEC ™ A7 from Pilkington with a coated FTO layer with a thickness of 450-550 nm and a specific resistance of 7-10 Ohms / square. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катодное импульсное электрохимическое осаждение массива наностержней ZnO со срастающимися основаниями осуществляется в стандартной стеклянной термостатированной трехэлектродной электрохимической ячейке с не перемешиваемым и не барботируемым какими-либо газами водном растворе нитрата цинка и нитрата натрия.3. The method according to p. 1, characterized in that the cathodic pulsed electrochemical deposition of an array of ZnO nanorods with fused bases is carried out in a standard glass thermostatic three-electrode electrochemical cell with an aqueous solution of zinc nitrate and sodium nitrate not stirred and not sparged by any gases. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катодное импульсное электрохимическое осаждение массива наностержней ZnO со срастающимися основаниями осуществляется при прямоугольных импульсах напряжения между подложкой-катодом и платиновым анодом с частотой 2 Гц и коэффициентом заполнения 0.6.4. The method according to p. 1, characterized in that the cathodic pulsed electrochemical deposition of an array of ZnO nanorods with fused bases is carried out with rectangular voltage pulses between the cathode substrate and the platinum anode with a frequency of 2 Hz and a fill factor of 0.6. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что потенциалы окисления и восстановления взяты соответственно минус 1.4 В и минус 0.8 В относительно хлорид серебряного электрода сравнения.5. The method according to p. 1, characterized in that the oxidation and reduction potentials are taken respectively minus 1.4 V and minus 0.8 V relative to the silver chloride reference electrode. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термовакуумная металлизация верхних концов наностержней ZnO алюминием выполняется под углом 30° к вертикали и над испарителем при давлении остаточных газов от 0.1 до 1 мПа.6. The method according to p. 1, characterized in that the thermal vacuum metallization of the upper ends of ZnO nanorods with aluminum is performed at an angle of 30 ° to the vertical and above the evaporator at a residual gas pressure of 0.1 to 1 MPa. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гибкие выводы изготавливаются из медного провода диаметром 0.08-0.10 мм.7. The method according to p. 1, characterized in that the flexible leads are made of copper wire with a diameter of 0.08-0.10 mm
RU2016141661A 2016-10-24 2016-10-24 Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods RU2641504C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016141661A RU2641504C1 (en) 2016-10-24 2016-10-24 Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016141661A RU2641504C1 (en) 2016-10-24 2016-10-24 Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2641504C1 true RU2641504C1 (en) 2018-01-17

Family

ID=68235489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016141661A RU2641504C1 (en) 2016-10-24 2016-10-24 Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641504C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690369C1 (en) * 2018-10-25 2019-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method of producing photodiode sensitive element for recording ultraviolet radiation
CN110690317A (en) * 2019-10-31 2020-01-14 华南理工大学 Based on individual layer MoS2Self-powered ultraviolet detector of thin film/GaN nano-pillar array and preparation method thereof
RU2723912C1 (en) * 2017-04-26 2020-06-18 Закрытое акционерное общество "Межрегиональное производственное объединение технического комплектования "ТЕХНОКОМПЛЕКТ" (ЗАО "МПОТК "ТЕХНОКОМПЛЕКТ") Method of making a heterostructure based on an array of nanorods of zinc oxide with a thin solid shell of tin sulphide
CN114544726A (en) * 2022-02-21 2022-05-27 浙江理工大学 Preparation method of PN type fibrous photoelectric detector for silk fibroin detection
CN114574554A (en) * 2022-02-23 2022-06-03 宁德师范学院 TiO 22Defect-controlled DNA methylation photoelectric detection method
CN114574556A (en) * 2022-02-23 2022-06-03 宁德师范学院 Oxygen vacancy titanium dioxide @ graphene-based DNA methylation photoelectric detection method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060189018A1 (en) * 2003-06-26 2006-08-24 Gyu-Chul Yi P-n heterojuction structure of zinc oxide-based nanorod and semiconductor thin film, preparation thereof, and nano-device comprising same
WO2007032598A1 (en) * 2005-07-20 2007-03-22 Postech Foundation Methods for fabricating zno nanostructure and devices thereof
RU2323872C1 (en) * 2006-10-05 2008-05-10 Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) STRUCTURE OF HETEROGENEOUS p-n JUNCTION BASED ON ZINC OXIDE NANOBARS AND SEMICONDUCTOR FILM
CN101202315A (en) * 2007-11-20 2008-06-18 西安交通大学 Method of making ZnO ultraviolet photoconductive detector with vertical structure
KR20100019261A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 인하대학교 산학협력단 Sensor using zno nanorod array and method for the same
RU2396634C2 (en) * 2008-10-09 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН) METHOD OF MAKING HETEROGENEOUS p-n JUNCTION BASED ON ZINC OXIDE NANORODS
CN102691084A (en) * 2012-06-26 2012-09-26 上海大学 Method for preparing ZnO nano-rod array through one-step electro-deposition
CN103219418A (en) * 2013-03-26 2013-07-24 华中科技大学 Ultraviolet photo-detector with nano heterogeneous composite structure and preparation method thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060189018A1 (en) * 2003-06-26 2006-08-24 Gyu-Chul Yi P-n heterojuction structure of zinc oxide-based nanorod and semiconductor thin film, preparation thereof, and nano-device comprising same
WO2007032598A1 (en) * 2005-07-20 2007-03-22 Postech Foundation Methods for fabricating zno nanostructure and devices thereof
RU2323872C1 (en) * 2006-10-05 2008-05-10 Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) STRUCTURE OF HETEROGENEOUS p-n JUNCTION BASED ON ZINC OXIDE NANOBARS AND SEMICONDUCTOR FILM
CN101202315A (en) * 2007-11-20 2008-06-18 西安交通大学 Method of making ZnO ultraviolet photoconductive detector with vertical structure
KR20100019261A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 인하대학교 산학협력단 Sensor using zno nanorod array and method for the same
RU2396634C2 (en) * 2008-10-09 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН) METHOD OF MAKING HETEROGENEOUS p-n JUNCTION BASED ON ZINC OXIDE NANORODS
CN102691084A (en) * 2012-06-26 2012-09-26 上海大学 Method for preparing ZnO nano-rod array through one-step electro-deposition
CN103219418A (en) * 2013-03-26 2013-07-24 华中科技大学 Ultraviolet photo-detector with nano heterogeneous composite structure and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zhang H., et a.l, Characterization and modeling of a ZnO nanowire ultraviolet photodetector with graphene transparent contact. J. Appl. Phys., 2013, V.114, p. 234505-1234505-9. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723912C1 (en) * 2017-04-26 2020-06-18 Закрытое акционерное общество "Межрегиональное производственное объединение технического комплектования "ТЕХНОКОМПЛЕКТ" (ЗАО "МПОТК "ТЕХНОКОМПЛЕКТ") Method of making a heterostructure based on an array of nanorods of zinc oxide with a thin solid shell of tin sulphide
RU2690369C1 (en) * 2018-10-25 2019-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method of producing photodiode sensitive element for recording ultraviolet radiation
CN110690317A (en) * 2019-10-31 2020-01-14 华南理工大学 Based on individual layer MoS2Self-powered ultraviolet detector of thin film/GaN nano-pillar array and preparation method thereof
CN114544726A (en) * 2022-02-21 2022-05-27 浙江理工大学 Preparation method of PN type fibrous photoelectric detector for silk fibroin detection
CN114544726B (en) * 2022-02-21 2024-05-03 浙江理工大学 Preparation method of PN-shaped fibrous photoelectric detector for silk fibroin detection
CN114574554A (en) * 2022-02-23 2022-06-03 宁德师范学院 TiO 22Defect-controlled DNA methylation photoelectric detection method
CN114574556A (en) * 2022-02-23 2022-06-03 宁德师范学院 Oxygen vacancy titanium dioxide @ graphene-based DNA methylation photoelectric detection method
CN114574554B (en) * 2022-02-23 2023-05-30 宁德师范学院 TiO (titanium dioxide) 2 DNA methylation photoelectric detection method for defect regulation
CN114574556B (en) * 2022-02-23 2023-05-30 宁德师范学院 Oxygen vacancy titanium dioxide@graphene-based DNA methylation photoelectric detection method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2641504C1 (en) Method for manufacturing photodetector with limited range of spectral sensitivity based on array of zinc oxide nanorods
Shaikh et al. Multifunctional zinc oxide thin films for high-performance UV photodetectors and nitrogen dioxide gas sensors
Guijarro et al. Uncovering the role of the ZnS treatment in the performance of quantum dot sensitized solar cells
Gedamu et al. Rapid fabrication technique for interpenetrated ZnO nanotetrapod networks for fast UV sensors
Liang et al. The epitaxial growth of ZnS nanowire arrays and their applications in UV-light detection
US20110308942A1 (en) Microelectrode array sensor for detection of heavy metals in aqueous solutions
Hieu et al. Urchin-like nanowire array: a strategy for high-performance ZnO-based electrode utilized in photoelectrochemistry
CN104332513B (en) A kind of NiO nanowire ultraviolet light detector and preparation method and application
Mao et al. Depositing reduced graphene oxide on ZnO nanorods to improve the performance of enzymatic glucose sensors
Guo et al. ZnO@ TiO2 core–shell nanorod arrays with enhanced photoelectrochemical performance
Kanta et al. Electrochemical characterisation of TiO2 nanotube array photoanodes for dye-sensitized solar cell application
CN101135659A (en) Beta -Ga2O3nano lines and gas sensors preparing method, and gas sensing method for realizing quick-speed response
KR20140144362A (en) Flexible transparent chemical sensors based on graphene oxide and method for preparing the same
CN109738502B (en) Fe2O3Preparation method of thin film electrode and application of thin film electrode in photoelectrochemical glucose sensor
Peng et al. Boron-doped diamond nanowires for CO gas sensing application
Esmaeili et al. A Cd x Zn 1− x S/TiO 2 nanotube array electrode for a highly sensitive and selective nonenzymatic photoelectrochemical glucose sensor
Pruna et al. Tuning the deposition parameters for optimizing the faradaic and non-faradaic electrochemical performance of nanowire array-shaped ITO electrodes prepared by electron beam evaporation
Liu et al. Photolithographically constructed single ZnO nanowire device and its ultraviolet photoresponse
Akbari et al. A new signal-on photoelectrochemical sensor for glutathione monitoring based on polythiophene/graphitic carbon nitride coated titanium oxide nanotube arrays
Ahmad et al. Impact of annealing temperature to the performance of hematite-based humidity sensor
KR20120126977A (en) CNT-based three electrode system, fabrication of the same and electrochemical biosensor using the same
RU2539120C1 (en) Method of making silicon sensitive element for luminescent oxygen nanosensor
Naseri et al. The first study on enhanced photoresponsivity of ZnO–TiO 2 nanocomposite thin films by anodic polarization
Spitsina et al. ZnO crystalline nanowires array for application in gas ionization sensor
KR20080052249A (en) Metal-oxide-semiconductor chemical sensor and its fabrication method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181025

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20201204

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220314

Effective date: 20220314