紫外探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種高靈敏度的納米紫外探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外線輻射是大自然中最強(qiáng)的一種輻射，人眼看不見這種紫外輻射，其波長范圍為180?400nm，具體分為UVC輻射(180?280nm)、UVB輻射(280?320nm)、UVA輻射(320?400nm)。紫外輻射對有機(jī)物與無機(jī)物都有很強(qiáng)的影響。此處最重要的應(yīng)用是對物質(zhì)的UVC照射，清除飲料、廢水、食物、空氣與加工水中的微生物污染。對有機(jī)材料進(jìn)行UV光照射，可以修改塑料與聚合物的材料特性。紫外輻射還可以增強(qiáng)透鏡的硬度，調(diào)節(jié)涂漆的表面特性，快速固化牙齒填充物。火焰也會發(fā)出低強(qiáng)度UV輻射光，從而可以通過測量UV輻射進(jìn)行火焰探測。太陽發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線輻射，5%的太陽光為UV輻射光。太陽紫外線輻射對地球上的人類與動物及其重要，因?yàn)橹挥蠻V光可以促進(jìn)一些重要維生素的合成。太陽紫外線輻射也有一些負(fù)面影響。紫外線輻射對人眼有害，眼睛與皮膚不能接收過多的太陽紫外線輻射。因此對紫外線強(qiáng)度的精確測量與控制就顯得尤其重要。
[0003]紫外線探測器是光電傳感器的一種，能夠?qū)⒆贤饩€信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號。目前，用于半導(dǎo)體紫外探測器研究的材料主要有GaN、ZnO、金剛石以及SiC。其中GaN是人們研究最多，也相對最成熟的，已有相應(yīng)的商業(yè)化器件，其優(yōu)點(diǎn)是與AlN形成AlGaN合金后帶隙可在3.4?6.2eV間進(jìn)行調(diào)解，理論上講，利用這種材料研制的本征型紫外探測器的截止波長對應(yīng)地可以連續(xù)從365nm變化到200nm。但是，目前存在的主要問題是高鋁組分AlGaN材料的制備還有一定的難度，尤其是單晶體的制備。另外，金剛石具有高達(dá)5.5eV的帶隙，也是很受關(guān)注的紫外探測材料，但是由于其制備成本相對較高，而且材料質(zhì)量仍有待提高，目前研究與應(yīng)用較少。SiC具有多種多型，其帶隙可以從3C構(gòu)型的2.2eV變化至2H構(gòu)型的3.4eV，可以滿足“大氣日盲區(qū)”型紫外探測器的響應(yīng)范圍。4H構(gòu)型SiC帶隙為3.2eV，對應(yīng)的截止波長為380nm，因此可以用于制作日盲型紫外波段的探測器；6H構(gòu)型SiC帶隙為3.0eV，對應(yīng)的截止波長為412nm，因此可以用于制作全紫外波段的探測器。SiC材料最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠在高溫環(huán)境下工作，且抗輻射、耐腐蝕，所制作的器件具有響應(yīng)快、效率高的特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注。
[0004]根據(jù)基本工作方式的不同，寬禁帶半導(dǎo)體紫外探測器可以分為光電導(dǎo)探測器(無結(jié)器件)和光生伏特探測器(結(jié)型器件)，其中光生伏特探測器又分為肖特基勢皇型、金屬-半導(dǎo)體-金屬型、pn結(jié)型、pin結(jié)型等。但是，目前這些已經(jīng)應(yīng)用的基于以上所述半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)的紫外探測器，其探測靈敏度均在10A/W以內(nèi)，對于微弱的紫外光難以測量。當(dāng)紫外線照射薄膜材料的表面時，其光生載流子隨薄膜表面積增大而增長，但所測量的薄膜阻值又隨薄膜面積的增大而加大。因此，增大半導(dǎo)體薄膜面積和降低薄膜電阻不能同時獲得，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高紫外傳感器的靈敏度，十分困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種紫外探測器，以提高其靈敏度。
[0006]基于上述目的，本發(fā)明提供的紫外探測器紫外探測器包括陣列的三維半導(dǎo)體納米柱、平板狀的透明薄膜電極和平板狀的導(dǎo)電襯底，所述半導(dǎo)體納米柱的頂部端面與所述透明薄膜電極的一側(cè)表面連接，底部端面與所述導(dǎo)電襯底的一側(cè)表面連接，且所述透明薄膜電極與導(dǎo)電襯底互相平行；
[0007]所述導(dǎo)電襯底與透明薄膜電極之間連接有電源和電流檢測單元，從而形成一個閉合回路，該閉合回路用于測定阻值變化。
[0008]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在透明薄膜電極和導(dǎo)電襯底的角位置之間連接有電源和電流檢測單元，從而形成一個閉合回路，。
[0009]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體納米柱為寬帶半導(dǎo)體納米柱。
[0010]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述納米柱的橫截面為多邊形或者圓形。
[0011 ] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體納米柱選自氧化鋅納米柱和氮化鎵納米柱中的至少一種。
[0012]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述納米柱的半徑40-60納米，高度為600-1000nm。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述三維半導(dǎo)體納米柱的表面經(jīng)高分子氧化還原材料鍍膜修飾，所述表面修飾材料選自聚二烯丙基二甲基氯化銨和聚苯乙烯硫酸酯中的至少一種。
[0014]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)電襯底包括柔性襯底和沉積于該柔性襯底上的半導(dǎo)體氧化鋅薄膜，所述氧化鋅半導(dǎo)體薄膜與所述納米柱的底部端面相連。
[0015]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述柔性襯底選自聚對苯二甲基乙二醇酯。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述透明薄膜電極選自金屬透明薄膜電極或者摻錫氧化銦透明薄膜電極。
[0017]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體納米柱垂直于所述透明薄膜電極和導(dǎo)電襯底。
[0018]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的紫外探測器具有與當(dāng)前紫外探測器類似的大小和整體薄膜形狀，由大量的豎直納米柱陣列替代了整體的薄膜結(jié)構(gòu)，能夠在保持接收紫外線二維面積不變的情況下，通過增大半導(dǎo)體材料的表面積，從而增加紫外探測器靈敏度，成功突破當(dāng)前紫外探測器的靈敏度極限，實(shí)現(xiàn)超高精度納米紫外探測器。該紫外探測器利用了完全不同于當(dāng)前基于半導(dǎo)體薄膜的紫外傳感器結(jié)構(gòu)與機(jī)理，大幅度提高了材料的光電相應(yīng)強(qiáng)度。同時，利用截然不同的器件結(jié)構(gòu)和簡單加工手段，使該紫外探測器具有超高靈敏度>800A/W，是現(xiàn)今紫外探測器靈敏度的100倍。本發(fā)明這一原創(chuàng)性的科技突破，使應(yīng)用廣泛的紫外探測器靈敏度獲得革命性的提高。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的紫外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的紫外探測器的掃描電子顯微鏡照片；
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的紫外探測器的界面原理圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的紫外探測器與當(dāng)前典型紫外線探測器的對比圖。
[0023]其中:1、半導(dǎo)體納米柱，2、透明薄膜電極，3、導(dǎo)電襯底，4、電流表，5、電源，6、紫外線
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]本發(fā)明提供的紫外探測器包括陣列的三維半導(dǎo)體納米柱、平板狀的透明薄膜電極和平板狀的導(dǎo)電襯底，所述半導(dǎo)體納米柱的頂部端面與所述透明薄膜電極的一側(cè)表面連接，底部端面與所述導(dǎo)電襯底的一側(cè)表面連接，且所述透明薄膜電極與導(dǎo)電襯底互相平行；所述導(dǎo)電襯底與透明薄膜電極之間連接有電源和電流檢測單元，從而形成一個閉合回路，該閉合回路用于測定阻值變化。
[0026]參見圖1，其為本發(fā)明實(shí)施例的紫外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述紫外探測器包括陣列的三維半導(dǎo)體納米柱1、平板狀的透明薄膜電極2和平板狀的導(dǎo)電襯底3，所述半導(dǎo)體納米柱I的頂部端面與所述透明薄膜電極2的一側(cè)表面連接，該半導(dǎo)體納米柱I的底部端面與所述導(dǎo)電襯底3的一側(cè)表面連接，且所述透明薄膜電極2與導(dǎo)電襯底3互相平行。在材料上，優(yōu)選光電特性強(qiáng)的半導(dǎo)體材料，更為優(yōu)選地，使用極強(qiáng)光電效應(yīng)的新型半導(dǎo)體，例如氧化鋅納米柱和氮化鎵納米柱等，可以顯著增強(qiáng)像素的光電效應(yīng)。用從底到頂?shù)暮铣煞椒ɑ蛘邚捻數(shù)降椎募庸し绞街苽涞玫饺S的半導(dǎo)體納米柱1，作為像素點(diǎn)的基本材料，所述三維半導(dǎo)體納米柱對光強(qiáng)具有顯著的放大作用。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體納米柱I垂直于所述透明薄膜電極2和導(dǎo)電襯底3。進(jìn)一步地，導(dǎo)電襯底3的另一側(cè)表面與絕緣襯底相連。
[0027]需要說明的是，紫外傳感器是探測是否有紫外線，一般是紫外線照射整個探測器表面，探測器可以通過電阻變化傳感環(huán)境中的紫外線有無和強(qiáng)弱，不是定位紫外光點(diǎn)。所以，紫外傳感器只有一個回路，即連接頂、底平面電極的回路。
[0028]參見圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例的紫外探測器的掃描電子顯微鏡照片，半導(dǎo)體納米柱I陣列嵌入在絕緣介質(zhì)中，上下兩端分別連接薄膜透明薄膜電極2和導(dǎo)電襯底3，形成三明治結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制備成具有超大表面積的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，同時不增加宏觀平面面積，實(shí)現(xiàn)超