一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法，其中，快速响应的半导体异质结紫外光探测器，用于对紫外光信号进行快速探测，具有这样的特征，包括：绝缘衬底；二维结构半导体薄膜，设置在绝缘衬底的上端面上；金属电极，镀制在二维结构半导体薄膜的表面上；一维结构半导体纳米线阵列，垂直地生长在二维结构半导体薄膜的表面上；零维结构半导体量子点，均匀地附着在一维结构半导体纳米线的表面上；透明电极，设置在一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；透明聚合物，设置在透明电极的上端面上；两根导线，分别连接在金属电极和透明电极上；以及封装聚合物，设置在二维结构半导体薄膜和透明聚合物之间的空隙处。

【技术实现步骤摘要】
一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法
本专利技术属于功能器件制作及应用技术研究领域，涉及一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法。
技术介绍
半导体紫外光探测器具有响应率高、灵敏度高、量子效率高、背景噪声低等优点，在卫星通信、火灾探测、生物传感器、环境监测以及化学分析等领域有广泛的应用。多数半导体紫外光探测器是基于半导体材料的光电导效应而工作，即利用紫外光照射具有合适禁带宽度的半导体材料，使位于价带的电子跃迁至导带形成非平衡载流子，显著地增加半导体材料的导电性，从而实现对紫外光信号的探测。智能化、集成式微纳电子器件的高速发展，要求新型半导体紫外光探测器件具有尺寸小、易集成、灵敏度高等特点。低维半导体纳米材料独有的高比表面积、量子尺寸效应、量子隧道效应等，使其成为紫外光探测领域最热门的材料之一。新型半导体纳米紫外光探测器主要由SiC、ZnO、ZnS、GaN、AlN、AlGaN等宽带隙半导体纳米材料制作而成。其中，ZnO具有较大的禁带宽度、较高电子迁移率以及高的激子复合能，被认为是一种最有前途的紫外光探测器材料。但ZnO材料本身具有较多的氧空位和锌间隙等固有缺陷，使其平衡载流子浓度较高，导致多数ZnO紫外光探测器存在暗电流过大、响应恢复速度慢、光电流稳定性差等问题(Nat.Commun.2014,5,4007)。研究发现能够通过将ZnO与具有不同功函数的半导体材料相结合形成异质结，由接触电势差产生内建电场，可以促进光生载流子的分离，从而提高ZnO紫外光探测器的响应恢复速度。其中，GaN与ZnO同为宽带隙半导体材料，具有相近的晶格特性和光电性能，因此ZnO/GaN异质结成为替代单纯ZnO材料应用于紫外光器件的热门材料之一。目前，ZnO/GaN异质结大多采用n型ZnO和p型GaN材料构成，但是，上述材料制作的半导体光电器件的效率较低，半导体异质结紫外光探测器的性能较差，器件性能仍难以满足应用要求(Appl.Phys.Lett.2014,105,072106)。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法。本专利技术提供了一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器，用于对紫外光信号进行快速探测，具有这样的特征，包括：绝缘衬底；二维结构半导体薄膜，设置在绝缘衬底的上端面上；金属电极，镀制在二维结构半导体薄膜的表面上；一维结构半导体纳米线阵列，垂直地生长在二维结构半导体薄膜的表面上，包括多个一维结构半导体纳米线；零维结构半导体量子点，均匀地附着在一维结构半导体纳米线的表面上；透明电极，设置在一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；透明聚合物，设置在透明电极的上端面上；两根导线，分别连接在金属电极和透明电极上；以及封装聚合物，设置在二维结构半导体薄膜和透明聚合物之间的空隙处。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，绝缘衬底的长和宽的范围均为0.01mm～100mm。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，二维结构半导体薄膜是n型，厚度是1nm～10μm，二维结构半导体薄膜的材料为GaN、ZnO、SnO、SnS或MoS2中的一种。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，金属电极的厚度为10nm～500nm，宽度小于绝缘衬底的宽度的1/2，金属电极的材料为Ti、Ni、Au、Cr、Pt、Ag或Al中的一种或多种。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，一维结构半导体纳米线的长度为0.1μm～100μm，直径为10nm～1000nm，一维结构半导体纳米线的材料为ZnO、GaN、ZnS、AlN或AlGaN中的一种。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，零维结构半导体量子点的直径为1nm～50nm，零维结构半导体量子点的材料为石墨烯、CdS、ZnO、PbS、ZnS或ZnSe中的一种，且零维结构半导体量子点的材料占一维结构半导体纳米线的材料的质量百分含量为0.01％～20％。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，透明电极的厚度为5nm～500nm，透明电极的材料为石墨烯、ITO、AZO或FTO中的一种。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，透明聚合物的厚度为10μm～1000μm，透明聚合物的材料分别为PDMS、PMMA、PVC、PNIPAM或PET中的一种。在本专利技术提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，封装聚合物的材料分别为PDMS、PMMA、PVC、PNIPAM或PET中的一种。本专利技术提供了一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器的制作方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，采用电子束曝光方法、光学曝光方法或铝膜遮挡方法在绝缘衬底和二维结构半导体薄膜的表面上形成掩膜；步骤2，采用热蒸发法、磁控溅射法、电沉积法、电子束蒸发或脉冲激光沉积法将金属电极镀制在二维结构半导体薄膜的表面上；步骤3，采用化学气相沉积法、水热法、电沉积法、电子束蒸发、脉冲激光沉积法或分子束外延法方法在二维结构半导体薄膜的上端面上形成一维结构半导体纳米线阵列；步骤4，采用等离子体刻蚀方法垂直刻蚀一维结构半导体纳米线阵列，形成长度相同的一维结构半导体纳米线。步骤5，采用旋涂、提拉、浸泡或点滴的方法在一维结构半导体纳米线的表面上形成均匀分布的零维结构半导体量子点；步骤6，采用化学气相沉积法、LB方法、热蒸发法、磁控溅射法、电沉积法、电子束蒸发或脉冲激光沉积法在透明聚合物的上端面上形成透明电极；步骤7，将透明电极和透明聚合物倒置，将透明电极设置在一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；步骤8，采用涂覆导电银胶或焊接方法将两根导线分别连接在金属电极和透明电极上；步骤9，采用封装聚合物封装二维结构半导体薄膜和透明聚合物之间的空隙，得到快速响应的半导体异质结紫外光探测器。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法，因为该快速响应的半导体异质结紫外光探测器采用具有不同功函数的半导体纳米材料相结合形成异质结，并利用零维结构半导体量子点的修饰作用，显著提高了半导体异质结紫外光探测器的响应恢复速度，并极大增强光电流信号，实现对紫外光信号的快速探测。所以，本专利技术的快速响应的半导体异质结紫外光探测器，具有响应恢复快、信号强、性能稳定、结构简单、易集成等优点。附图说明图1是本专利技术的实施例中石墨烯量子点修饰的二维结构半导体薄膜n-GaN/一维结构半导体纳米线n-ZnO半导体异质结紫外光探测器的结构示意图；图2是本专利技术的实施例中二维结构半导体薄膜n-GaN/一维结构半导体纳米线n-ZnO异质结的SEM图；图3是本专利技术的实施例中二维结构半导体薄膜n-GaN/一维结构半导体纳米线n-ZnO异质结的XRD图；图4是本专利技术的实施例中二维结构半导体薄膜n-GaN/一维结构半导体纳米线n-ZnO异质结复合石墨烯量子点的Raman图；图5是本专利技术的实施例中在365nm波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器，用于对紫外光信号进行快速探测，其特征在于，包括：绝缘衬底；二维结构半导体薄膜，设置在所述绝缘衬底的上端面上；金属电极，镀制在所述二维结构半导体薄膜的表面上；一维结构半导体纳米线阵列，垂直地生长在所述二维结构半导体薄膜的表面上，包括多个一维结构半导体纳米线；零维结构半导体量子点，均匀地附着在所述一维结构半导体纳米线的表面上；透明电极，设置在所述一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；透明聚合物，设置在所述透明电极的上端面上；两根导线，分别连接在所述金属电极和所述透明电极上；以及封装聚合物，设置在所述二维结构半导体薄膜和所述透明聚合物之间的空隙处。

【技术特征摘要】
1.一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器，用于对紫外光信号进行快速探测，其特征在于，包括：绝缘衬底；二维结构半导体薄膜，设置在所述绝缘衬底的上端面上；金属电极，镀制在所述二维结构半导体薄膜的表面上；一维结构半导体纳米线阵列，垂直地生长在所述二维结构半导体薄膜的表面上，包括多个一维结构半导体纳米线；零维结构半导体量子点，均匀地附着在所述一维结构半导体纳米线的表面上；透明电极，设置在所述一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；透明聚合物，设置在所述透明电极的上端面上；两根导线，分别连接在所述金属电极和所述透明电极上；以及封装聚合物，设置在所述二维结构半导体薄膜和所述透明聚合物之间的空隙处。2.根据权利要求1所述的快速响应的半导体异质结紫外光探测器，其特征在于：其中，所述绝缘衬底的长和宽的范围均为0.01mm～100mm。3.根据权利要求1所述的快速响应的半导体异质结紫外光探测器，其特征在于：其中，所述二维结构半导体薄膜是n型，厚度是1nm～10μm，所述二维结构半导体薄膜的材料为GaN、ZnO、SnO、SnS或MoS2中的一种。4.根据权利要求1所述的快速响应的半导体异质结紫外光探测器，其特征在于：其中，所述金属电极的厚度为10nm～500nm，宽度小于所述绝缘衬底的宽度的1/2，所述金属电极的材料为Ti、Ni、Au、Cr、Pt、Ag或Al中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的快速响应的半导体异质结紫外光探测器，其特征在于：其中，所述一维结构半导体纳米线的长度为0.1μm～100μm，直径为10nm～1000nm，所述一维结构半导体纳米线的材料为ZnO、GaN、ZnS、AlN或AlGaN中的一种。6.根据权利要求1所述的快速响应的半导体异质结紫外光探测器，其特征在于：其中，所述零维结构半导体量子点的直径为1nm～50nm，所述零维结构半导体量子点的材料为石墨烯、CdS、ZnO、PbS、ZnS或ZnSe中的一种，且所述零维结构半导体量子点的材料占所述一维结构半导体纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝元坤，刘德帅，王现英，康云龙，王丁，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31