一种透明柔性紫外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透明柔性紫外探测器，同时还公开了其制备方法。其中透明柔性紫外探测器包括透明塑料衬底，该透明塑料衬底表面沉积有ＺｎＯ基活性层，在ＺｎＯ基活性层的表面设置有透明叉指电极；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜。本发明专利技术实现了紫外探测器的透明化、柔性化，可以提高紫外探测器的应用范围；另外，本发明专利技术的紫外探测器整个制备过程在室温下完成，工艺过程简单，而且ＺｎＯ材料资源丰富，无毒害，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种紫外探测器，同时还涉及一种该紫外探测器的制备方法，属于光电探测器

技术介绍
紫外光是指波长在200nm到400nm之间的电磁波，它在自然界和人们的生活中广 泛存在。紫外探测技术是继红外探测、激光探测后发展起来的又一新型探测技术，广泛应用 于环境监测、天文学、国防军事和天际通信等领域。目前使用的紫外探测器件仍以真空光电 倍增管和紫外增强型硅光电二极管为主，前者体积大、工作电压高；后者需要昂贵的滤光片 来减小可见光及红外光的影响，给实际应用带来困难。另外，随着大气臭氧层破坏的加剧， 辐照到地球表面的紫外光越来越强，人们开始关注紫外辐射对人体健康的影响。及时准确 地检测外界环境紫外光辐射强度，便可以采取有效的防护措施，降低病变的发生，因此便携 式紫外探测器成为人们研究的热点。近年来随着宽带隙半导体材料的研究深入，人们开始利用对可见光响应低的宽带 隙半导体来制备紫外探测器件，包括ZnO、GaN和SiC等材料。其中ZnO具有激子束缚能 高、生长温度低、抗辐射能力强、材料无毒、资源丰富等优点，是制备高性能紫外探测器件的 理想材料。光电导型紫外探测器的工作原理是，当入射光能量大于活性层材料的禁带宽度 时，活性层中产生光生载流子，并通过叉指电极收集光生电流，从而实现紫外探测目的。目 前ZnO基紫外探测器大多以硅片、石英或蓝宝石为衬底，并用金属材料做叉指电极，所得器 件不透明、不可弯曲，且制备过程需要加热处理，工艺复杂，制备成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种透明柔性的光电导型紫外探测器，以提高紫外探测器的 应用范围。本专利技术的另一目的是提供一种透明柔性的光电导型紫外探测器的制备方法。为了实现以上目的，本专利技术紫外探测器所采用的技术方案是一种光电导型紫外 探测器，包括透明塑料衬底，该透明塑料衬底表面沉积有ZnO基活性层，在ZnO基活性层的 表面设置有透明叉指电极；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙 二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜。所述的ZnO基活性层为ZnO薄膜、ZnCuO薄膜或ZnMgO薄膜。所述的透明叉指电极为ITO叉指电极、ZnO = Ga叉指电极或Ζη0:Α1叉指电极。所述ZnO基活性层的厚度为50nm 200nm，透明叉指电极的厚度为IOOnm 300nm,叉指间距为10 μ m 1000 μ m。本专利技术紫外探测器的制备方法包括如下步骤1)将柔性衬底清洗干净，利用脉冲激光轰击高纯ZnO陶瓷靶材，产生的等离子羽辉沉 积在柔性衬底上，形成一层ZnO基活性层，沉积过程为低压纯氧环境，气压维持在5Pa lOOPa，沉淀时间为30min 200min，脉冲激光能量为IOOmJ 300mJ，脉冲激光频率为 3Hz IOHz ；2)将带有叉指图形的金属掩膜固定在ZnO薄膜表面，并将其放置到磁控溅射生长室， 利用磁控溅射技术在ZnO薄膜上沉积ITO透明叉指电极，溅射过程在低压高纯氩气中进行， 气压维持在5Pa 20Pa，溅射功率在80W 200W，溅射时间为30min 200min，然后去掉金 属掩膜得到光电导型柔性紫外探测器；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树 脂薄膜或有机玻璃薄膜。所述的ZnO基活性层为ZnO薄膜、ZnCuO薄膜或ZnMgO薄膜。所述的透明叉指电极为ITO叉指电极、ZnO = Ga叉指电极或Ζη0:Α1叉指电极。本专利技术的紫外探测器，在透明柔软的塑料衬底上沉积有一层厚度为IOOnm的ZnO 基活性层，然后在该ZnO基活性层上制备透明叉指电极，实现了紫外探测器的透明化、柔性 化，可以应用在许多领域，由于其具有柔软的特性，可以随着物体的外表面轮廓发生相应的 变化，而且其透明的特性不会影响紫外探测器对物体外观的影响，应用的范围较广。另外， 本专利技术的紫外探测器采用脉冲激光沉淀和磁控溅射相结合的制备方法，利用脉冲激光的方 法制备ZnO基活性层，再用磁控溅射的方法在ZnO基活性层表面设置叉指电极，整个制备过 程在室温下完成，工艺过程简单，而且ZnO材料资源丰富，无毒害，适合工业化生产。附图说明图1为本专利技术紫外探测器的结构示意图； 图2为紫外探测器的光透过率曲线图3为ZnO薄膜的XRD图； 图4为紫外探测器的光电响应曲线图。具体实施例方式实施例1本实施例的紫外探测器结构如图1所示，包括透明塑料衬底1，在透明塑料衬底1表面 沉积有IOOnm厚的ZnO薄膜2，在ZnO薄膜2的表面设置有IOOnm厚的ITO透明叉指电极 3，相邻叉指电极之间的叉指间距为600 μ m。本实施例的透明塑料衬底采用的材料是聚对苯 二甲酸乙二酯(PET)薄膜。测试得到紫外探测器的光透过率如图2所示，紫外探测器在可 见光波段的透过率达到80%，实现了紫外探测器的透明化。本实施例的紫外探测器的制备方法如下1)将聚对苯二甲酸乙二酯(PET)透明柔性衬底清洗干净，用氮气吹干后，将其固定在样 品托上并安装到脉冲激光沉积生长室中，调整ZnO靶材和衬底之间距离到5cm，本实施例所 用ZnO陶瓷靶材的纯度为99. 99% ；2)开启真空抽气系统，预抽本底真空到10_5Pa，通过质量流量计向生长室中通入高纯氧 气，使气压维持在IOPa左右；3)开启准分子激光器，调节脉冲激光能量为200mJ，脉冲激光频率为5Hz，使脉冲激光 轰击ZnO靶材产生的等离子羽辉沉积在柔性衬底上形成薄膜，生长时间为30min，所得薄膜厚度约为lOOnm，为保证ZnO薄膜的均勻性，生长过程中靶材和衬底都保持勻速转动。得到的ZnO薄膜的XRD图如图3所示，除衬底衍射峰外，只观察到较强的ZnO (002)和微弱的 ZnO (004)衍射峰，表明ZnO薄膜有很好的结晶质量和c轴取向性。4)将带有叉指图形的金属掩膜固定在ZnO薄膜上面，并将其放置到磁控溅射生长室，利用磁控溅射技术在ZnO薄膜上沉积ITO透明叉指电极，溅射过程在低压高纯氩气中进 行，气压维持在lOPa，溅射功率为120W，溅射时间为lOOmin，然后去掉金属掩膜得到光电导 型柔性紫外探测器。申请人:采用波长为365nm的紫外光源测量探测器的光电响应，如图4所示，其明暗 电流比达到103，上升时间约为0. 5s，表明有较好的紫外探测特性。实施例2本实施例的紫外探测器与实施例1基本相同，区别在于=ZnO薄膜的厚度为50nm，ITO 叉指电极的厚度为lOOnm，叉指间距为200 μ m。本实施例的紫外探测器的制备方法同实施例1，区别在于脉冲激光沉淀的参数 为高纯氧环境气压为50Pa，脉冲激光能量为300mJ，脉冲激光频率为3Hz，生长时间为 30min ；磁控溅射参数为高纯氩气环境气压为5Pa，溅射功率为200W，溅射时间为30min。实施例3本实施例的紫外探测器与实施例1基本相同，区别在于=ZnO薄膜的厚度为200nm，ITO 叉指电极的厚度为300nm，叉指间距为1000 μ m。本实施例的紫外探测器的制备方法同实施例1，区别在于脉冲激光沉淀的参数 为高纯氧环境气压为50Pa，脉冲激光能量为300mJ，脉冲激光频率为3Hz，生长时间为 30min ；磁控溅射参数为高纯氩气环境气压为20Pa，溅射功率为80W，溅射时间为200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电导型紫外探测器，其特征在于：包括透明塑料衬底，该透明塑料衬底表面沉积有ＺｎＯ基活性层，在ＺｎＯ基活性层的表面设置有透明叉指电极；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张新安，张伟风，丁玲红，吴永辉，王昊午，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]