一种紫外/红光双波段光探测器及其制备方法技术

一种紫外/红光双波段光探测器，由透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片、金属电极、吉时利数字源表2602B和电源组成，其中透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片和金属电极从下到上组成叠层结构，作为负极的透明导电衬底的透明导电薄膜与作为正极的金属电极之间通过导线分别与电源连接并串联吉时利数字源表2602B。本发明专利技术的优点是：该光探测器件在紫外(340～380纳米)和红光(650～750纳米)两个重要波段均具有较高响应性，用于实现紫外和红光双波段的光探测器；其制备方法简单、实验条件温和、易于产业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光探测器领域，具体涉及一种紫外/红光双波段光探测器及其制备方法。
技术介绍
二硫化钼具有与石墨烯相似的层状结构,在光电器件、光催化、固体润滑剂等领域具有广泛的应用前景。二硫化钼在多层或块体时是间接带隙半导体材料，而单层二硫化钼则是直接带隙半导体材料，其带隙可以通过层数的变化实现调节。可以通过层数的调控获得对不同波长的光吸收的二硫化钼层状结构，因此，层状二硫化钼材料在太阳能电池和光探测器领域的研究受到越来越多的关注。二硫化钼层状结构应用于光探测器件时，二硫化钼层状结构多采用平铺的形式。由于二硫化钼特有的的六方晶系层状结构的特点，层是通过强的化学键结合，层与层之间则通过通过弱的范德华力相结合，因此二硫化钼层状结构层与层之间电子传输相比于层内传输困难。对应上下电极结构设计的光电器件，这种器件结构设计与材料电子传输方向性之间的矛盾制约了器件性能的进一步提升。紫外探测技术在军事、医疗、科研和其他工业领域得到广泛的应用。氧化锌纳米阵列材料由于具有宽的带隙(3.37电子伏特)，强的紫外吸收、良好的电荷定向传输特性在紫外探测得到广泛的应用。光通讯等
要求光探测器件能满足不同波段的探测，单一组分纳米材料很难满足这一需求。复合纳米结构可以实现不同组分之间的优势互补、协同增强的功能。因此，本专利技术设计一种基于氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结材料的紫外/红光双波段光探测器，通过氧化锌纳米棒阵列的疏水特性，实现二硫化钼层状结构的垂直排列，并实现紫外和红光双波段的优良光探测性能。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述技术分析，提供一种紫外/红光双波段光探测器及其制备方法，该光探测器采用透明导电薄膜FTO作为衬底，以氧化锌纳米阵列和和二硫化钼层状结构作为基体材料，利用两种材料复合协同增强的吸收和传输特性，实现紫外光和红光的探测；制备方法简单、实验条件温和、易于产业化。本专利技术的技术方案：一种紫外/红光双波段光探测器，由透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片、金属电极、吉时利数字源表2602B和电源组成，其中透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片和金属电极从下到上组成叠层结构，作为负极的透明导电衬底的透明导电薄膜与作为正极的金属电极之间通过导线分别与电源连接并串联吉时利数字源表2602B；氧化锌籽晶层薄膜厚度为30-50纳米，氧化锌纳米棒阵列薄膜厚度为200-300纳米，二硫化钼纳米片薄膜厚度为600-800纳米，金属电极薄膜厚度为40-50纳米；所述金属电极为金、银或铝，电源7的电压为-3伏特。一种所述紫外/红光双波段光探测器的制备方法，步骤如下：1)采用旋涂法制备纳米氧化锌籽晶层薄膜取5.4875g的二水乙酸锌倒入锥形瓶中，加入1.5mL乙醇胺和50mL乙二醇甲醚，室温下搅拌5分钟，混合均匀并密封，在70℃水浴恒温磁力搅拌3h,降至室温，将溶液放置冷藏室12h，制得ZnO籽晶溶液；将透明导电衬底FTO放置在匀胶机上，使用制备好的ZnO籽晶溶液以低转速700rpm，3s、高转速3000rpm，15s旋涂于FTO基底上，放入400℃马弗炉中烧结15分钟后取出降至室温，釆用相同的方法对基底进行二次旋涂，再置于400℃马弗炉30分钟后取出，制得纳米氧化锌薄膜；2)采用化学浴沉积法制备氧化锌纳米棒阵列薄膜称取1.680g六次甲基四胺和3.564g六水合硝酸锌各自溶解于200mL去离子水中，室温下超声5min使其充分溶解；将硝酸锌溶液放入95℃水浴锅中，磁力搅拌并倒入六次甲基四胺溶液，将涂有氧化锌籽晶层薄膜的基底垂直浸没于该溶液中，在95℃水浴下生长3h，制得氧化锌纳米棒阵列薄膜；3)层状二硫化钼纳米片薄膜的制备在常温条件下，将粉末状二硫化钼加入去离子水、无水乙醇或去离子水的体积百分比含量为5—95％的去离子水-无水乙醇混合液中，充分搅拌均匀，配制得到二硫化钼分散液，粉末状二硫化钼分散液的浓度为0.0001—0.001g/mL，将上述二硫化钼分散液在细胞粉碎机中以脉冲模式超声剥离6-12小时后，脉冲超声模式为脉冲4-10秒开/6-12秒关，超声功率为300-800瓦特，离心取上层清液，离心速率为3000-10000转/每秒，得到二硫化钼层状结构分散液；将配制二硫化钼层状结构分散液旋涂在氧化锌纳米棒阵列中，旋涂速度为2000-5000转/秒，然后在60-90摄氏度、100Pa真空氛围下处理20-50分钟，在空气气氛中自然冷却至室温，制得层状二硫化钼纳米片薄膜；5)电极的制备采用电子束蒸发法，以金属为蒸发源，在二硫化钼纳米片薄膜上制备金属阳极，控制生长速度为0.6-1.1埃/秒，得到金属阳极；6)紫外/红光双波段光探测器的制备将作为负极的透明导电衬底1的透明导电薄膜与作为正极的金属电极5之间通过导线分别与电源7连接并串联吉时利数字源表2602B。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种在较低温度条件下制备基于氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结材料的紫外到红光高性能紫外光探测器的方法，实验结果表明，由于氧化锌纳米棒阵列的疏水性和较大的表面粗糙度，二硫化钼层状结构垂直于氧化锌纳米棒阵列排列，从而充分利用了两种材料在不同波段的吸收特性和两种材料的电荷定向传输特性，实现了器件紫外和红光双波段的探测器性能；制备方法简单、实验条件温和、易于产业化。附图说明图1为紫外/红光双波段光探测器结构示意图。图中：1.透明导电衬底2.氧化锌籽晶层3.氧化锌纳米棒4.二硫化钼纳米片5.金属电极6.吉时利数字源表2602B7.电源。图2为以FTO玻璃为基底的氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结俯视电镜图。图3为以FTO玻璃为基底的氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结剖面电镜图。图4为以FTO玻璃为基底的氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结在室温、340纳米紫外光光功率为0.2毫瓦每平方厘米时电流随着电压的变化曲线。图5为以FTO玻璃为基底的氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结在室温、750纳米红光光功率为0.2毫瓦每平方厘米时电流随着电压的变化曲线。图6以FTO玻璃为基底的氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结在室温、340纳米紫外光光功率为0.2毫瓦每平方厘米时电流随着时间的变化曲线。图7以FTO玻璃为基底的氧化锌纳米棒阵列和二硫化钼层状结构异质结在室温、750纳米紫外光光功率为0.2毫瓦每平方厘米时电流随着时间的变化曲线。具体实施方式对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例：一种紫外/红光双波段光探测器，如图1所示，由透明导电衬底1、氧化锌籽晶层2、氧化锌纳米棒3、二硫化钼纳米片4、金属电极5、吉时利数字源表2602B6和电源7组成，其中透明导电衬底1、氧化锌籽晶层2、氧化锌纳米棒3、二硫化钼纳米片4和金属电极5从下到上组成叠层结构，作为负极的透明导电衬底1的透明导电薄膜与作为正极的金属电极5之间通过导线分别与电源7连接并串联吉时利数字源表2602B6；氧化锌籽晶层2薄膜厚度为40纳米，氧化锌纳米棒阵列3薄膜厚度为300纳米，二硫化钼纳米片4薄膜厚度为800纳米，金属电极5薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外/红光双波段光探测器，其特征在于：由透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片、金属电极、吉时利数字源表2602B和电源组成，其中透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片和金属电极从下到上组成叠层结构，作为负极的透明导电衬底的透明导电薄膜与作为正极的金属电极之间通过导线分别与电源连接并串联吉时利数字源表2602B；氧化锌籽晶层薄膜厚度为30‑50纳米，氧化锌纳米棒阵列薄膜厚度为200‑300纳米，二硫化钼纳米片薄膜厚度为600‑800纳米，金属电极薄膜厚度为40‑50纳米；所述金属电极为金、银或铝，电源7的电压为‑3伏特。

【技术特征摘要】
1.一种紫外/红光双波段光探测器，其特征在于：由透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片、金属电极、吉时利数字源表2602B和电源组成，其中透明导电衬底、氧化锌籽晶层、氧化锌纳米棒、二硫化钼纳米片和金属电极从下到上组成叠层结构，作为负极的透明导电衬底的透明导电薄膜与作为正极的金属电极之间通过导线分别与电源连接并串联吉时利数字源表2602B；氧化锌籽晶层薄膜厚度为30-50纳米，氧化锌纳米棒阵列薄膜厚度为200-300纳米，二硫化钼纳米片薄膜厚度为600-800纳米，金属电极薄膜厚度为40-50纳米；所述金属电极为金、银或铝，电源7的电压为-3伏特。2.一种如权利要求1所述紫外/红光双波段光探测器的制备方法，其特征在于步骤如下：1)采用旋涂法制备纳米氧化锌籽晶层薄膜取5.4875g的二水乙酸锌倒入锥形瓶中，加入1.5mL乙醇胺和50mL乙二醇甲醚，室温下搅拌5分钟，混合均匀并密封，在70℃水浴恒温磁力搅拌3h,降至室温，将溶液放置冷藏室12h，制得ZnO籽晶溶液；将透明导电衬底FTO放置在匀胶机上，使用制备好的ZnO籽晶溶液以低转速700rpm，3s、高转速3000rpm，15s旋涂于FTO基底上，放入400℃马弗炉中烧结15分钟后取出降至室温，釆用相同的方法对基底进行二次旋涂，再置于400℃马弗炉30分钟后取出，制得纳米氧化锌薄膜；2)采用化学浴沉积法制备氧化锌纳米棒阵列薄膜称取1.680g六次甲基四胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建萍，李岚，张玉珠，赵相国，高艳艳，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12