一种基于量子点修饰的纳米线探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于量子点修饰的GaAs纳米线探测器及这种探测器的制备方法，该方法是用Sb2S3量子点修饰采用(NH4)2S钝化液钝化处理后的GaAs纳米线，然后用这种硫钝化处理且包覆有Sb2S3量子点的GaAs纳米线进行探测器器件的制备。对GaAs纳米线进行表面硫钝化处理，降低了GaAs纳米线的表面态密度，提高探测器中载流子寿命，进而提高GaAs纳米线探测器的响应度，用量子点对GaAs纳米线包覆这使量子点与GaAs纳米线材料间构成Ⅱ型能带结构，光照下量子点的光载流子注入到GaAs纳米线中，提高GaAs纳米线探测器器件响应度，同时防止了钝化层被再次氧化，进而提高GaAs纳米线探测器的探测性能，解决现有GaAs纳米线探测器器件响应度较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点修饰的纳米线探测器
本专利技术属于半导体光电子器件领域，具体涉及一种基于量子点修饰的高响应度近红外光电探测器及这种探测器的制备方法。
技术介绍
光电探测器在工业、医疗、民用、航天、国防以及军事等各个领域有着极其广泛的应用。作为第三代半导体材料的典型代表，GaAs具有直接带隙，载流子迁移率高等特点，在近红外波段激光器以及高频器件领域已具有广泛的应用。半导体材料维度的降低和结构特征尺度的减小，将会引起明显的量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等。比如：在一维半导体纳米线材料中，纳米线两个维度上达到纳米尺度，直径一般小于100nm，长度大于1μm，这样特殊的一维结构使得纳米线的表面积与体积比变大，纳米线材料表现出很强的化学活性，许多情况下，纳米线材料表现出比体材料更加优异的性能。基于单根GaAs纳米线的探测器已经实现了比商用GaAs探测器更高的响应度。2014年，基于单根GaAs纳米线探测器的响应度达到0.57A/W；2016年，中科院半导体所报道的GaAs纳米线探测器响应度达到了87.67A/W。GaAs纳米线的高表面态密度降低了非平衡光出射载流子的寿命，恶化GaAs纳米线器件的光电转换效率。为了降低表面态密度，现有技术可以通过设计核壳结构、表面钝化处理以及量子点敏化处理来提高载流子寿命。然而，核壳结构需要在生长过程中完成，在GaAs纳米线核层上继续生长AlGaAs的壳层，同时，由于AlGaAs壳层存在氧化问题，常需要再次生长一层GaAs层作为保护层，防止AlGaAs层被氧化，这种方式结构复杂，工艺难度高。对纳米线进行钝化处理可以降低材料的表面态密度，实现材料光学和光电性能的提升，然而，目前研究中仍然需要关注表面钝化效果的长期稳定性。在对于GaAs器件的量子点敏化研究中，通过引入石墨烯量子点材料，利用石墨烯量子点材料的载流子注入效果提高器件的载流子寿命，进而提高器件的光电转换效率。然而，只是单纯的采用量子点进行处理不能改善纳米线的表面态问题，并且实际提升效果有限。对于探测器件性能的评估，不仅需要关注器件探测性能的提升效果，还需要关注这种探测性能提升效果的长期稳定性，因此，实现一种探测性能高且这种高探测性能能够长期稳定的探测器件是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，本专利技术提出的这种探测器具有高的响应度，本专利技术所提出的这种探测器的制备方法从材料和器件的角度着手，克服了传统处理方式的结构复杂、工艺难度高和长期稳定性较差的问题。本专利技术提出的这种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，为实现探测器器件探测性能的提升，首先，对GaAs纳米线材料进行表面硫钝化或氮钝化处理降低GaAs纳米线材料的表面态密度，随后，用量子点对钝化处理后的GaAs纳米线材料进行包覆，这种用量子点对钝化后的GaAs纳米线材料进行包覆的处理方式不仅提高了GaAs纳米线材料探测器的探测性能，还增强了硫钝化或氮钝化对GaAs纳米线钝化效果的长期稳定性，进而提高GaAs纳米线探测器器件的探测性能及GaAs纳米线探测器探测性能的稳定性。本专利技术通过首先对GaAs纳米线材料进行表面钝化处理，降低GaAs纳米线的表面态密度，提高探测器中载流子寿命，进而提高GaAs纳米线探测器的响应度；通过引入量子点包覆，在量子点与GaAs纳米线材料间构成Ⅱ型能带结构，光照下量子点的光载流子注入到GaAs纳米线中，提高GaAs纳米线探测器器件响应度，同时防止了钝化层被再次氧化，解决现有GaAs纳米线探测器器件响应度较差的问题。为实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，首先对GaAs纳米线材料进行表面硫钝化或氮钝化处理降低GaAs纳米线材料的表面态密度，然后用量子点对钝化处理后的GaAs纳米线材料进行包覆，通过这种方式处理实现本专利技术所要实现的一种基于量子点修饰的纳米线探测器的制备，所述这种GaAs纳米线探测器器件探测性能被有效提高且器件性能能够长期稳定保持。上述一种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，具体实现步骤如下：步骤一：GaAs纳米线的硫钝化处理，硫钝化处理采用含硫8％的硫化铵(NH4)2S与异丙醇溶液以体积比1:1配制钝化液对GaAs纳米线进行硫钝化处理；步骤二：通过化学浴沉积(CBD)技术，引入连续离子层吸附反应(SILAR)技术制备Sb2S3量子点，所述制备的这种量子点材料用于对硫钝化处理或氮钝化处理后的GaAs纳米线进行包覆；步骤三：将钝化处理后得到纳米线样品取出，使用双面胶将衬底背面(未生长纳米线一侧)固定到载玻片上，保证纳米线能够与反应溶液充分接触；步骤四：依次将粘有纳米线样品的载玻片浸入到硫化钠溶液的烧杯中计时反应一分钟，一分钟后取出，放入盛有去离子水中的烧杯C中浸泡一分钟，一分钟后取出，将粘有纳米线样品的载玻片浸入到酒石酸锑钾溶液的烧杯B中计时反应一分钟，一分钟后取出，放入盛有去离子水中的烧杯C中浸泡一分钟，一分钟后取出；步骤五：采用光刻工艺制备纳米线探测器单根纳米线的长度为4.3μm，电极宽度为1μm，材料为铬和金。该专利技术的有益效果在于：本专利技术通过对GaAs纳米线材料进行表面钝化处理，降低GaAs纳米线的表面态密度，提高探测器中载流子寿命，进而提高GaAs纳米线探测器的响应度；通过引入量子点包覆，在量子点与GaAs纳米线材料间构成Ⅱ型能带结构，光照下量子点的光载流子注入到GaAs纳米线中，提高GaAs纳米线探测器器件响应度，同时防止了钝化层被再次氧化，进而提高GaAs纳米线探测器器件的探测性能及GaAs纳米线探测器探测性能的稳定性。附图说明图1为本专利技术所述的Sb2S3量子点在GaAs纳米线表面再构的示意图图2为本专利技术所提出的一种基于量子点修饰的纳米线探测器结构示意图图3为本专利技术中用Sb2S3量子点修饰GaAs单根纳米线制备的探测器SEM图具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本专利技术。本专利技术提出一种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，该方法首先对GaAs纳米线材料进行表面硫钝化或氮钝化处理降低GaAs纳米线材料的表面态密度，然后用量子点对钝化处理后的GaAs纳米线材料进行包覆。GaAs纳米线材料的表面钝化处理降低了GaAs纳米线的表面态密度，提高探测器中载流子寿命，进而提高GaAs纳米线探测器的响应度；通过引入量子点包覆，在量子点与GaAs纳米线材料间构成Ⅱ型能带结构，光照下量子点的光载流子注入到GaAs纳米线中，提高GaAs纳米线探测器器件响应度，同时防止了钝化层被再次氧化，实现GaAs纳米线探测器器件探测性能被有效提高且器件性能能够长期稳定保持。下面结合附图和实施例对本专利技术提出的这种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，进行详细描述，实施例中所用纳米线材料为GaAs纳米线，对GaAs纳米线进行钝化采用(NH4)2S钝化液进行硫钝化处理，用Sb2S3量子点对硫钝化处理后的GaAs纳米线进行包覆，实施例中单根GaAs纳米线的长度为4.3μm，电极宽度为1μm，材料为铬和金，厚度分别为15nm和50nm。图1为本专利技术所述的Sb2S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，其特征在于：所述这种纳米线探测器包括，硫钝化处理后的GaAs单根纳米线，Sb2S3量子点，铬、金合金电极，SiO2绝缘层，Si衬底，所述这种GaAs纳米线探测器是通过在硫钝化处理后的GaAs纳米线表面包覆Sb2S3量子点，然后用这种硫钝化处理且包覆Sb2S3量子点的单根GaAs纳米线进行GaAs纳米线探测器的制备，所述这种硫钝化处理后包覆Sb2S3量子点的单根GaAs纳米线迁移到制备在Si衬底表面的SiO2绝缘层上，在SiO2绝缘层上的GaAs纳米线两端制备铬、金合金电极，所述铬、金合金电极采用磁控溅射技术制备，铬的厚度为15nm，金的厚度为50nm，所述Sb2S3量子点与GaAs纳米线间构成Ⅱ型能带结构，光照下Sb2S3量子点的光载流子注入到GaAs纳米线中，提高GaAs纳米线探测器器件的响应度，同时防止了钝化层被再次氧化，获得具有较好探测性能的GaAs探测器器件，所述这种Sb2S3量子点通过化学浴沉积(CBD)技术，引入连续离子层吸附反应(SILAR)技术制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点修饰的纳米线探测器及这种探测器的制备方法，其特征在于：所述这种纳米线探测器包括，硫钝化处理后的GaAs单根纳米线，Sb2S3量子点，铬、金合金电极，SiO2绝缘层，Si衬底，所述这种GaAs纳米线探测器是通过在硫钝化处理后的GaAs纳米线表面包覆Sb2S3量子点，然后用这种硫钝化处理且包覆Sb2S3量子点的单根GaAs纳米线进行GaAs纳米线探测器的制备，所述这种硫钝化处理后包覆Sb2S3量子点的单根GaAs纳米线迁移到制备在Si衬底表面的SiO2绝缘层上，在SiO2绝缘层上的GaAs纳米线两端制备铬、金合金电极，所述铬、金合金电极采用磁控溅射技术制备，铬的厚度为15nm，金的厚度为50nm，所述Sb2S3量子点与GaAs纳米线间构成Ⅱ型能带结构，光照下Sb2S3量子点的光载流子注入到GaAs纳米线中，提高GaAs纳米线探测器器件的响应度，同时防止了钝化层被再次氧化，获得具有较好探测性能的GaAs探测器器件，所述这种Sb2S3量子点通过化学浴沉积(CBD)技术，引入连续离子层吸附反应(SILAR)技术制备得到。2.根据权利要求1所述的一种基于量子点修饰的纳米线探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐吉龙，魏志鹏，方铉，夏宁，房丹，林逢源，王登魁，王晓华，马晓辉，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22