一種ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的制備方法，該紫外探測器自下而上依次有低阻Si層、SiO2絕緣層、ZnO納米晶層和Au電極。其制備方法如下：先制備ZnO納米晶的膠體分散相，然后將膠體分散相旋涂在Si/SiO2的SiO2面上，旋涂并退火，最后鍍上Au電極完成紫外探測器的制作。相比于傳統(tǒng)的紫外探測器，此方法制備的紫外探測器暗電流低、響應(yīng)靈敏度高、響應(yīng)時間快，且結(jié)構(gòu)簡單、制備成本低，在軍事、民用以及一些特殊領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種紫外探測器的制備方法，屬于半導(dǎo)體器件

技術(shù)介紹
紫外探測技術(shù)是一項繼紅外探測技術(shù)和激光技術(shù)之后發(fā)展起來的新型的軍民兩用技術(shù)，廣泛應(yīng)用于空間通訊、導(dǎo)彈預(yù)警、污染檢測以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前市場上還是以技術(shù)較成熟的傳統(tǒng)商用光電倍增管和硅基紫外探測器為主，未見薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的紫外探測器。ZnO是一種重要的新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)，室溫禁帶寬度3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，可見光透過率高，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，原料豐富等優(yōu)點。相對于傳統(tǒng)的光電倍增管和硅基紫外探測器，基于第三代寬禁帶半導(dǎo)體ZnO基材料的紫外探測器可避免使用復(fù)雜昂貴的濾光片，并且其具有工作電壓較低、能耗較小、體積小、重量輕等優(yōu)點。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種制備成本低、工藝簡單易于生產(chǎn)，且暗電流小、響應(yīng)速度快的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的制備方法。本專利技術(shù)的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器，自下而上依次有低阻Si層、SiO2絕緣層、ZnO納米晶層和Au電極。制備方法包括以下步驟：1)將Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于二甲基亞砜，使Zn(CH3COOH)2·2H2O濃度為0.1M，獲得A溶液；將(CH3)4NOH·5H2O溶解于乙醇，使(CH3)4NOH·5H2O濃度為0.55M，獲得B溶液；將B溶液緩慢滴加至A溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)2～24h，獲得混合溶液C；其中B溶液與A溶液的體積比為1:3；向每40mL溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO納米晶析出，離心后倒去上層清液，再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶，隨后再加入20～50mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶，離心后倒去上層清液，最后加入2～4mL乙醇，用孔徑0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001～0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為150～300nm的SiO2絕緣層(2)，再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相，轉(zhuǎn)速為1500～4000r/min，旋涂40s，旋涂后在80～300℃退火15min，在SiO2絕緣層(2)上獲得厚度為20～100nm的ZnO納米晶層(3)；3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為70～100nm的Au電極(4)，獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本專利技術(shù)的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的工作原理是：在一定的源漏電壓下，通過控制柵極偏壓使紫外探測器工作在耗盡區(qū)，此時由于采用薄膜晶體管型的特殊結(jié)構(gòu)，使紫外探測器的暗電流很??；當(dāng)有紫外光照射時，ZnO納米晶層吸收紫外光產(chǎn)生光生載流子，形成載流子通道，在漏源電壓下形成較大的源漏電流，即紫外探測器的光電流，進(jìn)行紫外探測。本專利技術(shù)的有益效果在于：1)本專利技術(shù)ZnO納米晶的合成方法簡單，可在室溫下進(jìn)行，無需氮氣保護(hù)，時間短，產(chǎn)率高，且合成的納米晶大小均勻、晶粒尺寸??；在此基礎(chǔ)上，紫外探測器制備方法簡潔，且只需在低溫下退火即可；2)ZnO納米晶比表面積大，吸收紫外光的效率高，并且ZnO納米晶的電子傳輸速度快，可提高紫外探測器的響應(yīng)速率；3)本專利技術(shù)的紫外探測器采用薄膜晶體管型的特殊結(jié)構(gòu)，具有極小的暗電流，可以獲得高于其他類型紫外探測器數(shù)的靈敏度；4)本專利技術(shù)的紫外探測器結(jié)構(gòu)簡單，其制備方法簡便且成本低，在軍事、民用以及一些特殊領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。附圖說明圖1是ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1為低阻Si層、2為SiO2絕緣層、3為ZnO納米晶層、4為Au電極。具體實施方式以下結(jié)合附圖及具體實施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步闡述。參照圖1，本專利技術(shù)的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器，自下而上依次有低阻Si層1、SiO2絕緣層2、ZnO納米晶層3和Au電極4。實施例11)稱取0.6585g的Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于30mL二甲基亞砜，獲得A溶液；稱取0.9968g的(CH3)4NOH·5H2O溶解于10mL乙醇，獲得B溶液；將B溶液緩慢滴加至A溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)2h，獲得混合溶液C；向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO納米晶析出，離心后倒去上層清液，再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶，隨后再加入20mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶，離心后倒去上層清液，最后加入2mL乙醇，用0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001～0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為300nm的SiO2絕緣層(2)，再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相，轉(zhuǎn)速為2000r/min，旋涂40s，旋涂后在80℃退火15min，獲得厚度約70nm的ZnO納米晶層(3)；3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為100nm的Au電極(4)，獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本例制得的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的響應(yīng)時間常數(shù)為：τg＝2.05s；τd＝1.36s。實施例21)稱取0.6585g的Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于30mL二甲基亞砜，獲得A溶液；稱取0.9968g的(CH3)4NOH·5H2O溶解于10mL乙醇，獲得B溶液；將B溶液緩慢滴加至A溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)2h，獲得混合溶液C；向溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO納米晶析出，離心后倒去上層清液，再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶，隨后再加入50mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶，離心后倒去上層清液，最后加入4mL乙醇，用0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相。2)在潔凈的電阻率為0.001～0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為300nm的SiO2絕緣層(2)，再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相，轉(zhuǎn)速為2000r/min，旋涂40s，旋涂后在110℃退火15min，獲得厚度約40nm的ZnO納米晶層(3)；3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為100nm的Au電極(4)，獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。本例制得的ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的響應(yīng)時間常數(shù)為：τg＝3.10s；τd＝0.69s。實施例31)稱取0.6585g的Zn(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的制備方法，該探測器自下而上依次有低阻Si層(1)、SiO2絕緣層(2)、ZnO納米晶層(3)和Au電極(4)，其特征在于，該探測器的制備方法包括以下步驟：1)將Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于二甲基亞砜，使Zn(CH3COOH)2·2H2O濃度為0.1M，獲得A溶液；將(CH3)4NOH·5H2O溶解于乙醇，使(CH3)4NOH·5H2O濃度為0.55M，獲得B溶液；將B溶液滴加至A溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)2～24h，獲得混合溶液C；其中B溶液與A溶液的體積比為1:3；向每40mL溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO納米晶析出，離心后倒去上層清液，再加入10mL乙醇和160uL乙醇胺溶解ZnO納米晶，隨后再加入20～50mL乙酸乙酯析出ZnO納米晶，離心后倒去上層清液，最后加入2～4mL乙醇，用孔徑0.22um的PTFE濾頭過濾后得到ZnO納米晶的膠體分散相；2)在潔凈的電阻率為0.001～0.005Ω·cm的低阻Si片(1)上制備厚度為150～300nm的SiO2絕緣層(2)，再在SiO2絕緣層(2)上旋涂步驟1)的ZnO納米晶膠體分散相，轉(zhuǎn)速為1500～4000r/min，旋涂40s，旋涂后在80～300℃退火15min，在SiO2絕緣層(2)上獲得厚度為20～100nm的ZnO納米晶層(3)；3)在上述的ZnO納米晶層(3)上蒸鍍厚度為70～100nm的Au電極(4)，獲得ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種ZnO納米晶薄膜晶體管型紫外探測器的制備方法，該探測器自下而
上依次有低阻Si層(1)、SiO2絕緣層(2)、ZnO納米晶層(3)和Au電極(4)，
其特征在于，該探測器的制備方法包括以下步驟：
1)將Zn(CH3COOH)2·2H2O溶解于二甲基亞砜，使Zn(CH3COOH)2·2H2O
濃度為0.1M，獲得A溶液；
將(CH3)4NOH·5H2O溶解于乙醇，使(CH3)4NOH·5H2O濃度為0.55M，獲
得B溶液；
將B溶液滴加至A溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)2～24h，獲得混合溶液C；
其中B溶液與A溶液的體積比為1:3；
向每40mL溶液C中加入40mL的乙酸乙酯，使ZnO納米晶析出，離心后
倒去上層清液，再加入10mL乙醇和160uL乙...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘新花，王偉豪，戴文，葉志鎮(zhèn)，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33