一种热释电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热释电探测器及其制备方法，涉及光电探测器材料的制备领域；该热释电探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤S10、采用射频磁控溅射法在衬底上沉积籽晶层；衬底为P型半导体衬底；步骤S20、利用水浴加热法在的籽晶层上可控合成ZnO纳米线阵列；步骤S30、采用热蒸镀和热退火法合成金属纳米颗粒修饰ZnO纳米线阵列；步骤S40、采用磁控溅射法在衬底远离籽晶层一侧和ZnO纳米线阵列远离籽晶层一侧均沉积导电电极得到等离子体增强的热释电探测器。本发明专利技术将ZnO热释电探测器的响应波段拓展到近红外区域，显著提升了热释电探测器在近红外区域的光电性能，具有操作方便、重复可靠的优点，为开发高性能近红外光电探测器的提供了独特的策略。提供了独特的策略。提供了独特的策略。

【技术实现步骤摘要】
一种热释电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器材料的制备领域，具体是一种热释电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]热释电探测在健康检测、医疗诊断和人机交互传感系统中有着广泛的应用。常见的热释电探测器是利用材料的热释电效应进行工作的光电探测器，红外辐射被热释电探测器中的热释电材料接收，产生热效应，温度升高，发生光
–
热过程；基于材料的热释电效应，发生热
–
电过程。最终将红外辐射以电信号方式输出，对输出的电信号加以分析以获取红外辐射信息。ZnO是一种理想的非中心对称的热释电材料，氧化锌热释电探测器具有尺寸小、造价低、响应速度快、不需制冷、自驱动等优点在近红外波段的光学探测领域具有极大的应用前景。氧化锌热释电探测器的主要缺陷在于它的探测区域主要集中在紫外波段，在近红外区域的吸收能力较差、暗电流较大，探测效率相对较低。
[0003]由于传统ZnO热释电探测器件在近红外区域的光响应较差，已无法满足应用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种热释电探测器及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种热释电探测器，包括：衬底，
[0007]沉积在衬底上的籽晶层，所述籽晶层为ZnO薄膜；
[0008]设置在所述籽晶层上的ZnO纳米线阵列，其中，所述ZnO纳米线阵列上合成有金属纳米颗粒；
[0009]及，导电电极，在所述ZnO纳米线阵列远离籽晶层的另一端和衬底远离籽晶层一侧均沉积有导电电极。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述导电电极为氧化铟锡制成的。
[0011]作为本专利技术再进一步的方案：所述采用热蒸镀和热退火法合成金属纳米颗粒为Pt、Al、Ag、Au中至少一种。
[0012]本专利技术另一目的是提供热释电探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0013]步骤S10、采用射频磁控溅射法在衬底上沉积籽晶层；所述衬底为P型半导体衬底；
[0014]步骤S20、利用水浴加热法在所述的籽晶层上生长ZnO纳米线阵列；
[0015]步骤S30、采用热蒸镀和热退火法合成金属纳米颗粒修饰ZnO纳米线阵列；
[0016]步骤S40、采用磁控溅射法在所述衬底远离籽晶层一侧和ZnO纳米线阵列远离籽晶层一侧均沉积导电电极。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：采用射频磁控溅射法在衬底上沉积籽晶层，包括如下步骤：
[0018]S101、将衬底放入磁控溅射镀膜机的反应腔的样品台上；
[0019]S102、将反应腔内部抽到高真空状态，然后将衬底升温至280
‑
320℃；
[0020]S103、往反应腔通入惰性气体，并打开样品台旋转；当反应腔气压达到预设值时，设定射频功率，然后按照设定时间进行沉积，在所述衬底上均匀的沉积籽晶层。
[0021]作为本专利技术再进一步的方案：在采用射频磁控溅射法在衬底上沉积籽晶层，步骤之前还包括：
[0022]使用丙酮、异丙醇和去离子水依次对衬底进行超声清洗，清洗完成后进行干燥。
[0023]作为本专利技术再进一步的方案：所述利用水浴加热法在所述的籽晶层上生长ZnO纳米线阵列，包括：
[0024]S201、配置由可溶性锌盐和碱组成的水溶液；
[0025]S202、将沉积有籽晶层的衬底放入封口玻璃瓶内的水溶液中，并将所述玻璃瓶加热到80
‑
100℃，利用水浴加热法将衬底上沉积的籽晶层生长为ZnO纳米线阵列；
[0026]S203、加热到2
‑
4h后将玻璃瓶中的具有的ZnO纳米线阵列的衬底取出，并对其进行冲洗和干燥。
[0027]作为本专利技术再进一步的方案：所述可溶性锌盐包括硝酸锌或醋酸锌；碱包括氢氧化钠、氨水或HMTA。
[0028]作为本专利技术再进一步的方案：所述水溶液为12.5mmol/L的硝酸锌和25mmol/LHMTA的250mL按照1:1
‑
3比例混合组成混合溶液。
[0029]作为本专利技术再进一步的方案：所述采用热蒸镀和热退火法合成金属纳米颗粒为Pt、Al、Ag、Au中至少一种。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的近红外氧化锌热释电探测器具有金属纳米颗粒(NPs)/ZnO NWs/Si垂直结构，由于本专利技术本身具有的热释电效应可以让探测器实现自驱动，即器件可以在不附加外界偏压的条件下，只依靠材料温度的瞬态变化来工作，具有成本低、集成度高和环境适应性强的特点。金属纳米粒子在与ZnO纳米线接触处产生的LSPR效应产生的共振吸收峰来提升ZnO在近红外区域的光捕获能力增强热释电效应，使ZnO热释电探测器实现在近红外区域的高性能探测的方法并没有人提出过，因此运用金属纳米粒子修饰ZnO NWs提升探测器在近红外区域的探测效率是具有新颖性的；
[0031]近红外光照条件下，金属纳米颗粒的光热效应与LSPR效应产生协同作用，纳米粒子对ZnO材料的瞬态的热传输进一步提升了ZnO材料的温度瞬态变化率达到增强热释电效应的效果，优化了ZnO热释电探测器在近红外区域的响应度、探测率和响应时间，提升了热释电探测器在近红外区域的探测性能。
附图说明
[0032]图1为局域表面等离子共振(LSPR)效应增强热释电效应的原理图
[0033]图2为本专利技术实施例中一种热释电探测器的垂直结构图
[0034]图3为本专利技术实施例中一种热释电探测器的制备方法制备流程图
[0035]图4为本专利技术实施例中一种热释电探测器SEM表面形貌图
[0036]图5为本专利技术实施例5与对比例1的光吸收能力对比图。
[0037]图6为本专利技术实施例5与对比例1的热释电性能对比图。
[0038]图7为本专利技术实施例5与对比例1的光响应能力对比图。
具体实施方式
[0039]下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。
[0040]理论上，当特定波长的垂直入射光与ZnO材料中自由电子的振荡频率一致时，金属表面电子云的振荡会大幅加强，即局域场增强效果，在金属与半导体界面处产生LSPR效应。对于一个球形纳米颗粒，当入射光的波长远远大于颗粒的尺寸时，并且颗粒的半径小于100nm时，其局域表面共振特性可以用准静态近似理论来计算。此时，整个金属纳米颗粒上的电磁场的相位可以看成是不变的，其周围的电场也可以看成是静电场。金属纳米颗粒的极化率α、散射截面C
sca
、吸收截面C
abs
和消光截面C
ext
与纳米球的粒径R、入射光的频率w、金属的介电常数ε1、ε2具有如下关系：
[0041][0042][0043][0044][0045]其中，R为金属纳米球的半径，k为入射光的波矢，V为金属纳米球的体积，w为入射光的频率，c为真空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热释电探测器，其特征在于，包括衬底：沉积在衬底上的籽晶层，所述籽晶层为ZnO薄膜；设置在所述籽晶层上的ZnO纳米线阵列，其中，所述ZnO纳米线阵列上合成有金属纳米颗粒；及，导电电极，在所述ZnO纳米线阵列远离籽晶层的另一端和衬底远离籽晶层一侧均沉积有导电电极。2.根据权利要求1所述的热释电探测器的制备方法，其特征在于，所述导电电极为氧化铟锡制成的。3.根据权利要求1所述的热释电探测器，其特征在于，所述采用热蒸镀和热退火法合成金属纳米颗粒为Pt、Al、Ag、Au中至少一种。4.一种热释电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、采用射频磁控溅射法在衬底上沉积籽晶层；所述衬底为P型半导体衬底；步骤S20、利用水浴加热法在所述的籽晶层上生长ZnO纳米线阵列；步骤S30、采用热蒸镀和热退火法合成金属纳米颗粒修饰ZnO纳米线阵列；步骤S40、采用磁控溅射法在所述衬底远离籽晶层一侧和ZnO纳米线阵列远离籽晶层一侧均沉积导电电极。5.根据权利要求4所述的热释电探测器的制备方法，其特征在于，采用射频磁控溅射法在衬底上沉积籽晶层，包括如下步骤：S101、将衬底放入磁控溅射镀膜机的反应腔的样品台上；S102、将反应腔内部抽到高真空状态，然后将衬底升温至280
‑
320℃；S103、往反应腔通入惰性气体，并打开样品台旋转；当反应腔气压达到预设值时，设定射...

【专利技术属性】
技术研发人员：江丙友，王一凡，赵洋，林汉毅，吴杰，朱亮，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：