一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米线阵列的紫外探测器件，具体是指一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件及其制备方法。本发明专利技术是通过射频磁控溅射技术在Al2O3蓝宝石衬底上沉积一层金薄膜，然后将得到的金薄膜进行球化退火从而得到金颗粒，最后在金颗粒上生长Ga2O3纳米线阵列。紫外探测器件的光电性能测试结果显示该器件具有很好的光电响应。本发明专利技术的优点是：所制备的基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件性能稳定，对日盲区的深紫外线具有强烈的光电响应，反应灵敏，暗电流小，可应用于火灾报警、高压线电晕等探测；另外，该制备方法具有工艺可控性强，操作简单，普适性好，且重复测试具有可恢复性等特点，具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米线阵列的紫外探测器件，具体是指一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件及其制备方法。技术背景由于高压线电晕、宇宙空间、导弹羽烟和火焰等都含有紫外辐射，使得紫外探测技术被应用于军事、科研、航空航天、通信电子等许多领域。β-Ga2O3是一种具有深紫外特性的半导体材料，200nm的β-Ga2O3薄膜在紫外光区域能达到80％以上的透过率，弥补了传统TCO材料在深紫外区域透过性低的缺点；而且因为比较宽的带隙，β-Ga2O3能够发出较短波长的光，在通过掺杂Mn、Cr、Er等稀土元素的情况下，还能够用来制作深紫外光电器件。近几年，已商业化的半导体紫外探测器大部分都不是基于“日盲型”探测，容易被太阳光所干扰，对弱信号的处理能力比较弱。而“日盲型”紫外火焰探测器能及时、准确地捕捉到火苗，以弥补红外火焰探测器的滞后性，防止火灾的发生。因此，“日盲型”紫外探测器的研究受到越来越多科研人员的关注。目前，制备氧化镓纳米线阵列的方法主要有液相法和化学气相沉积法。液相法容易引入杂质，对环境有污染，化学气相沉积法制备的纳米线与基体的附着力较差，容易脱落，而磁控溅射法可以克服前面方法的缺点，能够获得附着力好、纳米线均匀分布等优点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，提出了一种方便、有效的制备方法。本专利技术的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、探测能力强的基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件，其特征在于由Ga2O3薄膜纳米线阵列、金纳米颗粒、Al2O3衬底以及金叉指电极组成。如图1所示，其中图1(a)是氧化镓纳米线阵列的示意图，图1(b)是紫外探测器件的示意图。所述的Ga2O3纳米线阵列的纳米线直径为80-100nm，长度为800-1000nm，所述的Al2O3衬底作为制备Ga2O3纳米线阵列的衬底，所述的金纳米颗粒作为生长Ga2O3纳米线阵列的催化剂，位于Ga2O3纳米线阵列顶端，颗粒直径为40-50nm，所述的金叉指电极的厚度为100nm，位于Ga2O3纳米线阵列表面，叉指间距为100微米。所述的一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件的制备方法，其特征在于该方法具有如下步骤：1)Al2O3衬底预处理：将n型Si衬底放入V(HF):V(H2O2)＝l:5的溶液中浸泡以去除自然氧化层，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥；2)放置靶材和衬底：把金靶材和Ga2O3靶材分别放置在射频磁控溅射系统的靶台位置，将步骤1)处理后的Al2O3衬底固定在样品托上，放进真空腔；3)金纳米颗粒的制备过程：先将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，打开金靶材射频控制电源，在Al2O3衬底上沉积一层金薄膜，然后关闭射频电源，通入氧气，加热Al2O3-Au衬底，对金薄膜进行原位球化退火，得到金纳米颗粒；其中，金靶材与Al2O3衬底的距离设定为5厘米，溅射功率为20-30W，沉积时间为15-30秒，原位球化退火温度为750℃，保温0.5小时；4)Al2O3-Au-Ga2O3纳米线阵列的制备过程：待步骤3)球化退火完成后，打开Ga2O3靶材射频控制电源，继续在Al2O3-Au衬底上沉积Ga2O3纳米线阵列，最后，关闭Ga2O3靶材射频控制电源，对Al2O3-Au-Ga2O3进行原位退火，得到Ga2O3纳米线阵列；其中，Ga2O3靶材与Al2O3衬底的距离设定为5厘米，溅射功率为60-80W，沉积时间为1-2小时，原位退火温度为750℃，保温0.5小时。优选的，所述的步骤3)中，通入氩气后，真空腔的压强为0.8Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa。优选的，所述的步骤3)中，Al2O3-Au衬底的加热温度为750℃。对构建的基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件进行光电性能测试是将探针点在叉指电极两端，电极之间加电压0.5伏特，测得氧化镓纳米线阵列紫外探测器件的I-t特性曲线，通过控制紫外光(254nm)照射的开关发现器件具有良好的光电响应。本专利技术的优点：1、本专利技术制备过程中，所制备的氧化镓纳米线阵列的紫外探测器对日盲区的深紫外线具有优良的光电特性；2、本专利技术所制备的紫外探测器具有金纳米颗粒嵌入氧化镓纳米线阵列的结构，在紫外光照下，迅速产生大量电子与空穴，衰减时复合迅速且完全，提高了探测器的灵敏度；3、本专利技术制备的紫外探测器性能稳定，反应灵敏，暗电流小，可应用于火灾报警、高压线电晕等探测；4、本专利技术采用微纳米加工技术制备基于氧化镓纳米线阵列的紫外火焰探测器，工艺可控性强，操作简单，且重复测试具有可恢复性。附图说明图1是本专利技术方法设计的(a)氧化镓纳米线阵列和(b)紫外探测器件的示意图。图2是用本专利技术方法制得的Al2O3-Au纳米颗粒的扫描电镜(SEM)照片。图3是用本专利技术方法制得的氧化镓纳米线阵列截面的扫描电镜(SEM)照片。图4用本专利技术方法制得的氧化镓纳米线阵列的X射线衍射(XRD)谱图。图5是用本专利技术方法测得基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器的电极电压为2V的V-I曲线图。图6是用本专利技术方法测得基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器的电极电压为0.5V的I-t曲线图。具体实施方式以下结合实例进一步说明本专利技术。实施例1步骤如下：1)Al2O3衬底预处理：将Al2O3衬底放入V(HF):V(H2O2)＝l:5的溶液中浸泡以去除自然氧化层，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥；2)放置靶材和衬底：把金靶材和Ga2O3靶材分别放置在射频磁控溅射系统的靶台位置，将步骤1)处理后的Al2O3衬底固定在样品托上，放进真空腔；金纳米颗粒的制备过程：先将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，打开金靶材射频控制电源，在Al2O3衬底上沉积一层金薄膜，然后关闭射频电源，通入氧气，加热Al2O3衬底，对金薄膜进行原位球化退火，得到金纳米颗粒；其中，金靶材n型Si衬底的距离设定为5厘米，通入氩气后，真空腔的压强为0.8Pa，通入氧气后，真空腔的压强调整为103Pa，溅射功率为10W，沉积时间为30秒，原位球化退火温度为750℃，保温0.5小时；3)Al2O3-Au-Ga2O3纳米线阵列的制备过程：待步骤3)球化退火完成后，打开Ga2O3靶材射频控制电源，继续在Al2O3-Au衬底上沉积Ga2O3纳米线阵列，最后，关闭G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件，其特征在于由Ga2O3纳米线阵列、金纳米颗粒、Al2O3衬底以及金叉指电极组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件，其特征在于由Ga2O3纳米
线阵列、金纳米颗粒、Al2O3衬底以及金叉指电极组成。
2.根据权利要求1所述的基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件，其特征
在于所述的Ga2O3纳米线阵列的纳米线直径为80-100nm，长度为800-1000nm，
所述的Al2O3衬底作为制备Ga2O3纳米线阵列的衬底，所述的金纳米颗粒作为生
长Ga2O3纳米线阵列的催化剂，位于Ga2O3纳米线阵列顶端，颗粒直径为40-50
nm，所述的金叉指电极的厚度为100nm，位于Ga2O3纳米线阵列表面，叉指间
距为100微米。
3.一种基于氧化镓纳米线阵列的紫外探测器件的制备方法，其特征在于该
方法具有如下步骤：
1)Al2O3衬底预处理：将n型Si衬底放入V(HF):V(H2O2)＝l:5的溶液中浸泡以
去除自然氧化层，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥；
2)放置靶材和衬底：把金靶材和Ga2O3靶材分别放置在射频磁控溅射系统的靶
台位置，将步骤1)处理后的Al2O3衬底固定在样品托上，放进真空腔；
3)金纳米颗粒的制备过...

【专利技术属性】
技术研发人员：金旺康，
申请(专利权)人：金旺康，
类型：发明
国别省市：浙江;33