本發(fā)明屬于紫外光電探測，具體涉及一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的高性能光電導型日盲紫外探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、紫外輻射是一種波段在10～400nm的不可見光，可以劃分為這幾個波段：uva(320～400nm)、uvb(280～320nm)、uvc(200～280nm)、vuv(100～200nm)和euv(10～100nm)。紫外探測技術(shù)是一種將紫外光信號通過外光電效應(yīng)或內(nèi)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號的重要手段。早期紫外探測器主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如紫外告警、紫外通信、紫外制導等，隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用逐漸擴展到民用領(lǐng)域，如紫外消毒、火災(zāi)探測、生物醫(yī)學、光譜分析及粒子探測等。

2、在紫外探測器的發(fā)展過程中，日盲紫外探測器因其獨特的優(yōu)勢而備受關(guān)注。日盲紫外探測器，指工作范圍在200～280nm日盲紫外波段的光電探測器。由于大氣層中的臭氧層對200～280nm紫外光的強吸收，工作于此日盲波段的紫外探測器表現(xiàn)出低背景噪聲特性，并具有靈敏度高、抗干擾能力強、誤報率低等優(yōu)勢。寬禁帶半導體材料是制備日盲紫外探測器的優(yōu)選材料，主要包括氧化鎵(ga2o3)、鋁鎵氮(algan)、氧化鋅鎂(mgzno)等。單材料的寬禁帶半導體紫外探測器具有高擊穿電場、高熱導率和良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢，但因材料固有陷阱與缺陷，常存在暗電流過大、光響應(yīng)欠佳等問題。為突破此瓶頸，可采用對單材料器件進行元素摻雜、制備異質(zhì)結(jié)光敏感層、構(gòu)建不同金半接觸類型的電極結(jié)構(gòu)等手段。對應(yīng)于第三種手段制備的光電導型探測器是紫外探測器中的一種重要類型，結(jié)構(gòu)特點是：在紫外光吸收層的半導體納米薄膜表面，制備與半導體功函數(shù)良好匹配并形成歐姆接觸的金屬電極，此時金半接觸界面沒有形成勢壘層，從而顯著降低了對光生載流子的輸運阻礙，使得該類器件展現(xiàn)出較高的光電流和響應(yīng)度，有利于實現(xiàn)顯著的光電增益效果。

3、隨著科技的發(fā)展，各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ贤夤怆娞綔y器性能參數(shù)的要求不斷提高，包括具有更高的光電流、更低的暗電流和更突出的響應(yīng)度等。為了解決上述問題，制備光電導型異質(zhì)結(jié)光敏感層構(gòu)器件是一種簡單且極為有效的方法，即通過協(xié)同復合材料的優(yōu)點和光電導型器件的高增益特性來改善單一材料器件的不足，實現(xiàn)器件性能的整體提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器及其制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器，從下到上由sio2/fto襯底、在fto表面生長的mgzno納米薄膜、在mgzno納米薄膜表面生長的ingao納米薄膜、在ingao納米薄膜表面和fto表面制備的ag電極組成，mgzno納米薄膜和ingao納米薄膜構(gòu)成mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層，厚度為200～400nm；待測的紫外光從sio2/fto襯底一側(cè)入射。

4、本發(fā)明所述的一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器的制備方法，其步驟如下：

5、(1)襯底的處理

6、將厚度為1～4mm的sio2/fto襯底(可以直接購買獲得)依次浸入丙酮、乙醇、去離子水中超聲處理5～15分鐘，用氮氣吹干后再將sio2/fto襯底置于紫外臭氧環(huán)境中處理5～15分鐘，從而得到清潔的襯底；

7、(2)制備mgzno納米薄膜

8、首先制備mgzno前驅(qū)體溶液：向30～50ml異丙醇中依次加入0.5～3g乙酸鋅、0.1～1g乙酸鎂和0.1～1ml乙醇胺并在40～90℃條件下持續(xù)攪拌，直至得到無色透明膠體，靜置陳化6～24小時，得到mgzno前驅(qū)體溶液；

9、在清洗后的sio2/fto襯底表面制備mgzno納米薄膜：用旋涂的方法在sio2/fto襯底的fto表面旋涂mgzno前驅(qū)體溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為2000～6000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間為10～30秒，然后于120～200℃條件下烘干5～15分鐘后冷卻至室溫；重復上述“旋涂-烘干-冷卻至室溫”步驟5～10次，最后在300～600℃下燒結(jié)1～4小時，從而在sio2/fto襯底的fto表面得到mgzno納米薄膜，厚度為100～200nm；

10、(3)ingao前驅(qū)體溶液的制備

11、向10～30ml去離子水中依次加入3～6g九水合硝酸鎵、0.5～2g四水合硝酸銦以及10～30μl的聚氧乙烯月桂醚，于60～80℃水浴攪拌10～40分鐘，最后將溶液置于暗處靜置24～48小時，得到ingao前驅(qū)體溶液；

12、(4)mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的制備

13、在步驟(2)制備好的mgzno納米薄膜表面旋涂ingao前驅(qū)體溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為2000～3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間為10～30秒，然后于80～120℃條件下烘干5～15分鐘后將襯底冷卻至室溫；重復上述“旋涂-烘干-冷卻至室溫”步驟5～10次，最后在400～550℃下燒結(jié)1～4小時，從而在sio2/fto襯底的fto表面得到mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層，厚度為200～400nm；

14、(5)制備ag電極

15、使用帶有鏤空方形圖案的掩膜版，在mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層表面和fto表面滴涂導電ag漿并引出導線，在80～120℃下干燥5～20分鐘，得到兩個厚度為1～3mm的方形ag電極，從而制備得到基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的紫外探測器。

16、本發(fā)明通過mgzno/ingao復合薄膜構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，在暗態(tài)下，內(nèi)建電場的存在耗盡多子濃度，從而有效限制器件的暗電流。此外，本發(fā)明中的ag電極與上層薄膜材料ingao，以及fto襯底與下層薄膜材料mgzno，均能夠形成適宜的功函數(shù)匹配，制備成歐姆接觸光電導型器件，載流子可以無阻礙地在歐姆接觸界面處傳輸。當處于光照條件下時，復合薄膜協(xié)同參與光子吸收，同時光電導型器件具有高增益特性，使得器件具有突出的光電流，并在日盲區(qū)(260nm)處達到光響應(yīng)度峰值，為高性能日盲紫外探測器的制備提供了一種新思路。同時，該制備方法簡單易行、工序少、成本低廉、對設(shè)備要求低，制備的日盲紫外探測器對日盲波段紫外光有較高的響應(yīng)，適于大批量生產(chǎn)，具有重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器，其特征在于：從下到上由sio2/fto襯底、在fto表面生長的mgzno納米薄膜、在mgzno納米薄膜表面生長的ingao納米薄膜、在ingao納米薄膜表面和fto表面制備的ag電極組成，mgzno納米薄膜和ingao納米薄膜構(gòu)成mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層，厚度為200～400nm；待測的紫外光從sio2/fto襯底一側(cè)入射。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器，其特征在于：sio2/fto襯底的厚度為1～4mm，mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的厚度為200～400nm，ag電極的厚度為1～3mm。

3.一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器的制備方法，其步驟如下：

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器的制備方法，其特征在于：步驟(2)中的旋涂轉(zhuǎn)速為2000～6000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間為10～30秒，然后于120～200℃條件下烘干5～15分鐘后將襯底冷卻至室溫。

5.如權(quán)利要求3所述的一種基于mgzno/ingao異質(zhì)結(jié)光敏感層的光電導型日盲紫外探測器的制備方法，其特征在于：步驟(4)中的旋涂轉(zhuǎn)速為2000～3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間為10～30秒；然后于80～120℃條件下烘干5～15分鐘后將襯底冷卻至室溫。

技術(shù)總結(jié)
一種基于MgZnO/InGaO異質(zhì)結(jié)光敏感層的高性能光電導型日盲紫外探測器及其制備方法，屬于紫外光電探測技術(shù)領(lǐng)域。器件從下到上由SiO<subgt;2</subgt;/FTO襯底、在FTO表面生長的MgZnO納米薄膜、在MgZnO納米薄膜表面生長的InGaO納米薄膜、在InGaO納米薄膜表面和FTO表面制備的Ag電極組成，MgZnO納米薄膜和InGaO納米薄膜構(gòu)成異質(zhì)結(jié)光敏感層。本發(fā)明制備的光電導型日盲紫外探測器，當處于光照條件下時，復合薄膜協(xié)同參與光子吸收，同時光電導型器件具有高增益特性，使得器件具有突出的光電流，并在日盲區(qū)(260nm)處達到光響應(yīng)度峰值，為高性能日盲紫外探測器的制備提供了一種新思路。

技術(shù)研發(fā)人員：畢正宇,周敬然,阮圣平,劉彩霞,郭文濱,沈亮,溫善鵬,董瑋,張歆東
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28