一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器及其制备方法。经过制备混合溶液、多层薄膜、高温烧结、金属纳米粒子、电极等步骤制备所述基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器。本发明专利技术所述制备方法适用范围广，可以在多种大尺寸衬底上实现基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器的制备，有利于降低生产成本，而且制造设备简单，工艺成熟，方便规模化生产，另外，本发明专利技术所述的紫外光电探测器光电响应性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及光电探测器领域，特别涉及一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器及其制备方法。
技术介绍
随着现代工业的高速发展，温室气体对臭氧层造成了严重的破坏，臭氧层变薄，甚至臭氧层局部出现了空洞。臭氧层的变薄或者空洞会导致入射到地球表面的紫外线增加。过量的紫外线对地球生物而言有极大的危害。特别对于人类而言，过高的紫外剂量照射很容易灼伤皮肤甚至诱发皮肤癌等严重疾病。因此，加强对户外紫外线的监测就显得非常重要。ZnO是一种无毒、生物兼容性极佳、原材料丰富的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料，也是一种新兴的紫外光电材料，在光催化降解、气敏传感、光电探测、光电显示等领域具有广阔的应用前景。室温下，未参杂的ZnO的吸收带边在360nm附近，属于近紫外波段，且具有较好的综合光电性能。因此，ZnO材料是一种制造紫外探测的理想材料。现有技术中有较多利用ZnO薄膜来制备紫外探测器的。如CN1400674A该专利技术利用光刻胶遮挡和磁控溅射的方式溅射出电极，制备紫外探测器。还有如CN106711283A将ZnO制作成墨水，通过喷墨打印的方式制造紫外光电探测器。但这些制造过程条件大多苛刻，对设备要求高，不利于生产成本的降低。此外，ZnO纳米网格材料也是一种很好的制造紫外探测的理想材料，有望在气敏传感、光电探测、光催化等领域扮演重要的角色。因此，针对现有技术的不足，发展一种低成本、可控的基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器制备技术，对促进ZnO纳米网格的应用和紫外光电探测发展具有积极的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器及其制备方法。该制备方法过程简单、成本低，制造的紫外光电探测器具有尺寸可控、分布均匀性好且光电响应性能优良的特点。本专利技术通过以下技术方案实现。一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器，由下往上，依次由衬底、ZnO薄膜、ZnO纳米网格、金属纳米粒子、电极组成。优选的，所述衬底选自玻璃、蓝宝石、硅、石英、金属基板中的一种。优选的，所述金属纳米粒子包含Pt、Ag、Ni、Ti、Fe、Cu中的至少一种。本专利技术还提供一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器的制备方法。一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)混合溶液的制备：将醋酸锌和乙醇(分析纯AR，体积分数为98％)按0.08-0.8g:20-160mL的比例制备混合溶液，并使用磁力搅拌器搅拌30-70min，获得醋酸锌和乙醇的混合溶液A，接着，将醋酸锌、碳酸锌、乙醇按0.08-0.8g:0.035-0.4g:20-160mL的比例配置混合溶液；并使用磁力搅拌器搅拌30-70min，获得醋酸锌、碳酸锌、乙醇的混合溶液B；(2)薄膜C的制备：以玻璃、石英、硅片、蓝宝石、金属板的一种为衬底，衬底尺寸在2cm×2cm-10英寸，使用旋涂仪(北京金时速仪器设备有限公司提供，型号为TA-280)在衬底上均匀涂覆一层醋酸锌、乙醇混合薄膜，具体的旋涂工艺如下：首先在衬底上使用滴管滴加4-12滴混合溶液A，接着第一次利用旋涂仪以350-500r/min的速度旋转衬底30-90s，使混合溶液A均匀铺展在衬底上，之后，第二次以1200-1600r/min的速度旋转衬底10-50s，接着第三次以3500-5500r/min的速度旋转衬底50-140s，并在旋转过程中滴加4-15滴混合溶液A，制得薄膜C，备用；(3)低温烘干：将薄膜C转移到电热板(鹤壁市民生科技开发有限责任公司提供，型号为民生星SB电热板)上，在60-130℃烘烤8-40min，获得醋酸锌薄膜，备用；(4)以步骤(3)所得薄膜为基础，依次重复步骤(2)和(3)5-25次，制得薄膜D；(5)以薄膜D为基础，使用混合溶液B(将混合溶液B滴加在薄膜D上)，依次按照步骤(2)和(3)重复1-3次，制得多层薄膜E；(6)高温烧结：将制备好的多层薄膜E转移到箱式炉中，以每分钟3-8℃的速率升温到350-650℃，保温0.5-3h，在升温的过程中，醋酸锌脱水变成150-500nm厚的ZnO薄膜；而碳酸锌在高温下分解成CO2和ZnO，CO2将醋酸锌、碳酸锌混合薄膜撑开从而在ZnO薄膜上形成ZnO纳米网格；(7)制备金属纳米粒子：将经步骤(6)制备好的ZnO样品转移到喷金仪(广州竞赢科学仪器有限公司提供，型号为108Auto/SE)中，并在0.6-1.0mbar下，使用9-11mA的电流溅射金属靶材5-10s，即可在ZnO薄膜及ZnO纳米网格上形成直径为1-15nm的金属纳米粒子；(8)制备电极：在步骤(7)的基础上接着使用掩膜板遮挡ZnO薄膜及ZnO纳米网格，在0.6-1.0mbar下，使用9-11mA的电流分别溅射两种金属靶材40-140s，制得金属电极两电极之间的距离为2-50μm，进而，在150-450℃下进行合金化处理1-3h，获得欧姆接触的金属电极，最后获得所述紫外光电探测器。优选的，步骤(1)中制备混合溶液A的醋酸锌和乙醇的比例为0.1-0.5g:30-120mL，制备混合溶液B的醋酸锌、碳酸锌、乙醇的比例为0.1-0.5g:0.035-0.2g:30-120mL。优选的，步骤(3)中薄膜C在80-120℃下烘烤。优选的，步骤(6)中以每分钟3-5℃的速率升温到450-550℃，保温1-2h。优选的，步骤(7)中在0.8mbar下，使用10mA的电流溅射金属靶材。优选的，步骤(7)中金属纳米粒子直径为2-10nm。优选的，步骤(8)中在200-400℃下进行合金化处理1-2h。优选的，步骤(8)中金属靶材为Pt、Cr。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术适用范围广，可以在多种大尺寸衬底上实现基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器的制备，衬底包括载玻片、Si、蓝宝石、金属，有利于降低生产成本；(2)制造设备简单，工艺成熟，方便规模化生产；(3)本专利技术所述的紫外光电探测器光电响应性能优良。附图说明图1是本专利技术的实施例2的ZnO纳米网格的扫描电子显微镜照片。图2是本专利技术的实施例2制备的ZnO纳米网格的X射线衍射图谱。图3是本专利技术的实施例2制备的基于ZnO纳米网格的光电探测器的结构示意图。图4是本专利技术的实施例2制备的基于ZnO纳米网格的光电探测器在不同波长光照射下的响应电流。具体实施方式本专利技术所述实施例旨在进一步说明本专利技术所述技术方案，而不是对本专利技术的限制。实施例1一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)混合溶液的制备：将醋酸锌和乙醇按0.08g:20mL的比例制备混合溶液，并使用磁力搅拌器搅拌30min，获得醋酸锌和乙醇的混合溶液A，接着，将醋酸锌、碳酸锌、乙醇按0.08g:0.035g:20mL的比例配置混合溶液；并使用磁力搅拌器搅拌30min，获得醋酸锌、碳酸锌、乙醇的混合溶液B；(2)薄膜C的制备：以玻璃、石英、硅片、蓝宝石、金属板的一种为衬底，衬底尺寸为2cm×2cm，使用旋涂仪在衬底上均匀涂覆一层醋酸锌、乙醇混合薄膜，具体的旋涂工艺如下：首先在衬底上使用滴管滴加4滴混合溶液A，接着第一次利用旋涂仪以350r/min的速度旋转衬底30s，使混合溶液A均匀铺展在衬底上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器，其特征在于，所述紫外光电探测器由衬底和衬底上的ZnO薄膜、ZnO薄膜上的ZnO纳米网格、ZnO纳米网格上的金属纳米粒子以及电极构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器，其特征在于，所述紫外光电探测器由衬底和衬底上的ZnO薄膜、ZnO薄膜上的ZnO纳米网格、ZnO纳米网格上的金属纳米粒子以及电极构成。2.根据权利1所述的一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器，其特征在于，所述金属纳米粒子包含Pt、Ag、Ni、Ti、Fe、Cu中的至少一种。3.根据权利1所述的一种基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器，其特征在于，所述衬底为玻璃、蓝宝石、硅、石英、金属中的一种。4.一种根据上述权利要求中任一项所述的基于ZnO纳米网格的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混合溶液的制备：将醋酸锌和乙醇按0.08-0.8g:20-160mL的比例制备混合溶液，搅拌30-70min，制得混合溶液A；然后将醋酸锌、碳酸锌、乙醇按0.08-0.8g:0.035-0.4g:20-160mL的比例制备混合溶液，搅拌30-70min，制得混合溶液B；(2)薄膜C的制备：在衬底上滴加4-12滴混合溶液A，接着第一次利用旋涂仪以350-500r/min的速度旋转衬底30-90s，接着第二次以1200-1600r/min的速度旋转10-50s，接着第三次以3500-5500r/min的速度旋转50-140s，并在旋转过程中滴加4-15滴混合溶液A，制得薄膜C，备用；(3)低温烘干：在60-130℃下烘烤薄膜C8-40min，备用；(4)以步骤(3)所得薄膜为基础，依次重复步骤(2)和(3)5-25次，制得薄膜D；(5)以薄膜D为基础，使用混合溶液B替代步骤(2)中的混合溶液A，依次按照步骤(2)和(3)重复1-3次，制得多层薄膜E；(6)高温烧结：将多层薄膜E以每分钟3-8...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为家，沈耿哲，何鑫，梁萍，刘俊杰，刘铭全，刘艳怡，王诺媛，陈毅湛，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44