【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及紫外光电探测，具体涉及一种利用银纳米线增强的紫外光电探测器及其制备方法。
技术介绍
1、紫外光电探测器是一种重要的器件，能够将紫外光信号转换成电信号。它在天气监测、火灾告警、空间探测、细胞检测以及紫外辐射测量等方面具有广泛的应用。其在民用和国防领域都具有极高的价值和重要性。然而，传统的光电倍增管虽然在微弱紫外信号探测方面得到了广泛应用，却受到体积大、易损坏、成本高以及对高精度高压电源的依赖等因素的制约，从而限制了其进一步的应用和发展。
2、近年来，半导体紫外探测器作为光电探测领域的研究热点，被视为光电倍增管的替代品。与光电倍增管相比，半导体紫外探测器具有体积小、结构简单、在室温下可靠工作、成本较低等诸多优点。随着半导体材料和技术的不断发展，人们对其性能指标的期望也日益提高，有望在未来超越光电倍增管的性能。
3、在目前制备紫外光电探测器领域，sic和ga(al)n是两种主流材料。相较于ga(al)n，sic具有更为成熟的同质衬底和更优异的外延品质。这种优势使得sic能够有效抑制器件的漏电流，提高器件的整体质量。因此，利用sic制备探测器可以实现较低的暗电流，甚至达到飞安级别(10-15a)，适合用于紫外光电探测器的研究。
4、其次，sic是一种间接带隙半导体，其吸收系数较小，表面吸收较少。借助结构优化，可以使得入射光子在深入器件表面的电场区域被更多地吸收和分离，从而提高器件的量子效率。此外，sic材料的表面si面能够直接热氧化生成高质量的sio2层。sio2/sic界面的优良质量使
5、综上所述，sic材料在紫外光电探测器领域具有许多优势，包括较低的暗电流、较高的量子效率以及对器件的良好保护效果。这些优点为其在各个领域的应用提供了良好的基础，同时也为进一步研究和开发提供了广阔的前景和潜力。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种以碳化硅为衬底并使用银纳米线增强的紫外光电探测器及其制备方法，目的是解决当前技术中紫外探测器的暗电流较大，且有效光吸收量偏低，导致器件灵敏度、光响应度和响应时间等性能不理想的问题。
2、本专利技术的技术方案为：一种碳化硅衬底的异质结紫外光电探测器，该探测器从上到下依次为包括：银浆电极、银纳米线、二氧化钒薄膜、碳化硅衬底，所述二氧化钒薄膜覆盖碳化硅的部分上表面，银浆电极位于碳化硅衬底的部分上表面，另一部分银浆电极位于二氧化钒薄膜上。所述的银纳米线均匀的喷涂在二氧化钒薄膜表面，以增强光吸收。所述的紫外光电探测器用于接收光信号，可从银浆电极引出导线，然后与后端电路相连，经过信号处理计算得到光电信号变化。
3、一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器及其制备方法，该方法包括：
4、步骤1.清洗碳化硅基底，将碳化硅基片依此用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，随后用氮气吹干备用；
5、步骤2.采用高分子辅助沉积法在基底上生长二氧化钒薄膜，形成异质结。
6、步骤3.采用激光刻蚀的方法对异质结进行图案化，添加银浆电极。
7、步骤4.利用激光切割，切割聚酰亚胺(pi)，制备pi掩膜。
8、步骤5.将掩膜覆盖在器件上，并将器件固定在热台上。
9、步骤6.使用喷笔将银纳米线均匀的喷涂在器件表面。
10、进一步的，所述步骤2的详细方法为：
11、步骤2.1：将钒源与水溶性高分子原料聚乙烯亚胺(pei)混合，再加入乙二胺四乙酸作为增强络合剂，得到钒离子前驱体溶液；
12、步骤2.2：采用旋涂的方式将前驱体溶液旋涂于碳化硅基底上，用1毫升的一次性针管吸取200-300μl的前驱体溶液，添加孔径为0.45微米的微孔滤头，将其均匀的滴于基片表面。先以1000r/min的转速保持6-10s，再以6000r/min的转速保持40-50s，以形成均匀的前驱体溶液膜；
13、步骤2.3：将步骤2.2得到的旋涂有前驱体溶液的碳化硅基底置于管式炉内，管式炉中为氮氢混合气氛，氢气体积占比为1-3％；具体生长过程为：以2-5℃/min，从室温升温至100℃，保持30min，在升温至440-460℃，保持120min；随后升温到500-510℃，保持120min，随后降温到200℃，最后自然降温至室温。由于二氧化钒容易氧化，制备过程需严格遵守以上条件。
14、进一步的，所述步骤3中采用紫外纳秒激光进行雕刻；激光频率为100000-150000hz，功率因子为10-20％，功率为0.48-0.82w，加工速度为60-100mm/s；
15、进一步的，利用激光切割，切割聚酰亚胺(pi)，制备pi掩膜。然后将掩膜覆盖在器件上，并将器件固定在热台上，热台温度60℃，防止喷涂时银纳米线发生团簇。最后，使用喷笔将银纳米线溶液喷涂在器件表面。
16、进一步的，步骤6中使用的银纳米线溶液，溶剂为异丙醇，易挥发。银纳米线粒径为30nm，长度为20μm。
17、本专利技术采用碳化硅作为衬底，并在其表面生长二氧化钒薄膜，形成了一个有效的异质结，赋予器件紫外光电探测的能力。进一步地，我们在器件表面施加银纳米线，以充分利用局域表面等离子体共振效应，从而提高器件的光吸收效率，显著增强了器件的响应度和探测率等性能。最终，我们成功制备了一款自供电、高性能的紫外光电探测器。
18、具体制备方法涵盖以下步骤：首先，在碳化硅衬底上采用高分子辅助沉积法生长了一层二氧化钒薄膜。二氧化钒在这里充当半导体材料的角色，与碳化硅形成了一个异质结。这种异质结可以视为一个光敏二极管，对紫外光信号具有高度敏感性。
19、接着，我们引入了银纳米线，通过其独特的局域表面等离子体共振效应，提高了器件的光吸收率。银纳米线的引入有效地捕获并增强了入射光信号，使其更容易被探测器所感知。这进一步提高了探测器的性能，特别是在低光强条件下。这一自供电的紫外光电探测器不仅具有高度敏感的特性，还能够在没有外部偏压的情况下工作，这意味着它非常适用于各种应用场景，包括远程监测、无人机技术、生物医学影像和光通信等领域。
20、本专利技术的有益效果如下：
21、(1)通过采用碳化硅(sic)衬底，并生长二氧化钒薄膜形成的异质结紫外光电探测器。由于两者之间费米能级相差较大，不仅成功获得了较大的耗尽区宽度，有效提高了其性能，还实现了自供电运作，无需外部偏压的便可工作。
22、(2)将银纳米线喷涂在器件表面，利用局域表面等离子体共振效应提高了光吸收，进一步增强了器件的响应度，探测率等性能。此外，银纳米线一般会对紫外光的吸收增强较多，且粒径越小，就越会对波长较短的光产生共振效应。此处选用的银纳米线粒径为30nm，能很好地对紫外光进行增强。
23、(3)采用激光刻蚀的办法对器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器，其特征在于，所示探测器包括碳化硅基底、二氧化钒薄膜、银浆电极、银纳米线；其中碳化硅基底部分上表面为二氧化钒薄膜，银纳米线均匀覆盖在二氧化钒薄膜上表面，银浆电极覆盖在碳化硅基底、二氧化钒薄膜的上表面。
2.一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述管式炉中氮氢混合气氛的氢气体积占比为1-3％。
5.根据权利要求3所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀为采用紫外纳秒激光进行雕刻，其中激光频率为100000-150000Hz，功率因子为10-20％，功率为0.48-0.82W，加工速度为60-100mm/s。
6.根据权利要求3所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述银纳米线溶液的溶剂为异丙醇
7.根据权利要求3所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述银纳米线粒径为30nm，长度为20μm。
8.根据权利要求3所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述钒源为偏钒酸铵。
...【技术特征摘要】
1.一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器，其特征在于，所示探测器包括碳化硅基底、二氧化钒薄膜、银浆电极、银纳米线；其中碳化硅基底部分上表面为二氧化钒薄膜，银纳米线均匀覆盖在二氧化钒薄膜上表面，银浆电极覆盖在碳化硅基底、二氧化钒薄膜的上表面。
2.一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于银纳米线增强的紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述管式炉中氮氢混合气氛的氢气体积占比为1-3％。
5.根据权利要求3所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：高敏，姚宽洪，林媛，路畅，潘泰松，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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