本發明專利技術公開了一種以二氧化鈦納米管陣列為基體的紫外光探測器及其制備方法，所述紫外光探測器自下而上依次由鈦片基底（1）、二氧化鈦納米管陣列（2）、絕緣層（3）和石墨烯薄膜（4）構成，在所述鈦片基底（1）的下表面和所述石墨烯薄膜（4）的上表面分別設置有引出電極（5），所述引出電極（5）通過電流測量器（6）連接。本發明專利技術紫外光探測器由于通過陽極氧化的方法在鈦片基底上制備二氧化鈦納米管陣列，這種方法制備的陣列氧空位較少，化學計量比沒有失配。因此，在退火后二氧化鈦結晶結構好，導致響應度高，暗電流小，紫外可見抑制比高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體光電探測領域，是一種新型紫外光探測器的制備方法。具體地說是一種對紫外光有明顯響應的肖特基二極管光電裝置。這種裝備對紫外光敏感，可以廣泛的應用與天文學，環境監測，分光和醫學監測儀器等。
技術介紹
紫外探測技術已經成為繼紅外和激光探測技術之后世界各國關注的又一重要光電探測技術，在科研，軍事，民用和許多工業領域具有廣闊的應用前景。目前廣泛使用的紫外探測器主要是硅基紫外光電管和光電倍增管，其技術工藝成熟，靈敏度高，但由于其材料本身的限制，存在耐高溫性能差，高壓工作易損壞和使用時需加濾波等缺點。寬禁帶半導體 材料，如碳化硅、氮化鎵、氧化鋅和金剛石膜，具有帶隙寬、臨界擊穿電場高和熱導率高等特點，利用其制備紫外光電探測器件的出現推動了紫外探測技術的發展。然而這些材料的制備成本高，工藝難度較大，對設備和加工條件的要求較為苛刻，還難以迅速在紫外光探測領域得到普及。二氧化鈦是一種寬禁帶半導體材料，銳鈦礦結構的二氧化鈦，其禁帶寬度是3. 2eV，對可見光幾乎不吸收，而在紫外部分具有很高的吸收率。此外，二氧化鈦具有高的介電常數和折射率以及出色的物理和化學穩定性，加上制備成本較為低廉，現在逐漸在紫外光探測器領域得到普及。然而，二氧化鈦天然是弱N型材料，其P型摻雜非常困難，加上制備高質量厚的二氧化鈦薄膜的難度較大，目前PN結型的探測器研制還很困難，因此二氧化鈦基紫外光電探測器的研究主要集中在肖特基結構和金屬-半導體-金屬結構的制備上。已報道的二氧化鈦基紫外光電探測器，主要是采用溶膠-凝膠法生長的二氧化鈦薄膜為基體的金屬-半導體-金屬結構紫外光探測器。該探測器具有很高的光電導增益而具有高的響應度。然而這種溶膠-凝膠法生長的薄膜具有很多難以避免的孔洞，化學計量比失配嚴重，氧空位明顯，最終導致制備成的探測器暗電流較大，紫外可見抑制比無法提高，同時由于持續的光電導現象，探測器的時間響應性能變差。
技術實現思路
本專利技術旨在提供，所要解決的技術問題是降低紫外光探測器的暗電流并提高其響應度和紫外可見抑制比。本專利技術解決技術問題采用如下技術方案本專利技術以二氧化鈦納米管陣列為基體的紫外光探測器，其特征在于所述紫外光探測器自下而上依次由鈦片基底I、二氧化鈦納米管陣列2、絕緣層3和石墨烯薄膜4構成，在所述鈦片基底I的下表面和所述石墨烯薄膜4的上表面分別設置有引出電極5，所述弓I出電極5通過電流測量器6連接；所述絕緣層3為框形空心結構，所述石墨烯薄膜4與所述絕緣層3接觸，所述石墨烯薄膜4與所述二氧化鈦納米管陣列2形成肖特基接觸；所述弓丨出電極5為銀電極，所述弓丨出電極5與所述石墨烯薄膜4形成歐姆接觸，所述引出電極5與所述鈦片基底I形成歐姆接觸。所述絕緣層3為具有絕緣性能的塑料薄膜，本專利技術使用的是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。本專利技術紫外光探測器的制備方法，其特征在于按以下步驟操作a、將鈦片擦拭干凈，以鈦片作為陽極，與鈦片等面積的鉬片作為陰極，以質量濃度 0.2-0. 3%的氟化氨的乙二醇溶液作為電解液，陽極氧化5-7小時，得到以鈦片為基底的二氧化鈦納米管陣列2 ;二氧化鈦納米管陣列2的長度8-10 u m,直徑150nm。b、將以鈦片為基底的二氧化鈦納米管陣列2在氧氣氛圍中于400-500°C煅燒2_5小時，冷卻至室溫后得到退火后的以鈦片為基底的二氧化鈦納米管陣列2 ;退火過程的作用是提高導電性。C、在退火后的以鈦片為基底的二氧化鈦納米管陣列2上覆蓋絕緣層3，然后在絕緣層3上再覆蓋石墨烯薄膜4，在鈦片的下表面和石墨烯薄膜4的上表面分別點上銀漿作為引出電極5，在兩個引出電極5之間設置電流測量器6，所述電流測量器6通過導線與兩個引出電極5連接，得到紫外光探測器。步驟a中控制電壓為15-25V，電解液溫度控制在25_35°C。步驟a中兩電極間距離控制在2-4cm。電極間距離并不影響所獲得二氧化鈦納米管陣列的形貌，距離影響的是電極間電導液的阻抗，距離越大需要加的電壓就得相應變大，不然電離的速度不夠，生長二氧化鈦陣列的速度變得也很慢。距離合適的時候，再加上合適的電壓可以讓二氧化鈦生長速度合適。2到IOcm的電極距離都可以，IOcm時候需要加很大的電壓，實驗中具有危險性。本專利技術綜合考慮選擇的電壓為15-25V，電極間距離控制在2-4cm。石墨烯薄膜與二氧化鈦納米管陣列是一種肖特基接觸，是這個探測器主要組成部分，石墨烯薄膜上的銀電極與石墨烯薄膜形成歐姆接觸，鈦片襯底下表面的銀電極與鈦片襯底也形成歐姆接觸，這兩個歐姆接觸主要是弓I出電極的作用。本專利技術紫外光探測器原理是金屬與N型半導體接觸形成肖特基結，在熱平衡下，在肖特基結的區域形成勢壘，以石墨烯為正極，以N型半導體二氧化鈦為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導體中存在著大量的電子，石墨烯中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的二氧化鈦中向濃度低的石墨烯中擴散。顯然，石墨烯中沒有空穴，也就不存在空穴自石墨烯向二氧化鈦的擴散運動。隨著電子不斷從二氧化鈦擴散到石墨烯，二氧化鈦表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為二氧化鈦到石墨烯。但在該電場作用之下，石墨烯中的電子也會產生反向的漂移運動，從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。在外加電壓為零時，電子的擴散電流與反向的漂移電流相等，達到動態平衡。在加正向偏壓(即石墨烯加正電壓，二氧化鈦加負電壓)時，自建場削弱，半導體一側勢壘降低，于是形成從金屬到半導體的正向電流。當加反向偏壓時，自建場增強，勢壘高度增加，形成由二氧化鈦到石墨烯的較小反向電流。當紫外光照射到本專利技術紫外光探測器上的時候，紫外光射入二氧化鈦，由于紫外光的波長大于二氧化鈦的禁帶寬度，所以二氧化鈦產生了空穴一電子對，稱為光生載流子，工作在反向偏壓的探測器，光生載流子在電壓的作用下朝兩個方向運動，形成光電流，被電流測量器捕捉到即被探測到紫外光。與已有技術相比，本專利技術有益效果體現在I、本專利技術紫外光探測器由于通過陽極氧化的方法在鈦片基底上制備二氧化鈦納米管陣列，這種方法制備的陣列氧空位較少，化學計量比沒有失配。因此，在退火后二氧化鈦結晶結構好，導致響應度高，暗電流小，紫外可見抑制比高。2、本專利技術紫外光探測器由于采用與石墨烯肖特基接觸的方式，對紫外光響應遵循肖特基光電二極管的特性，并且陽極氧化方法制備的二氧化鈦納米管陣列上表面平整，在鋪上石墨烯之后接觸緊密，因此所獲得肖特基接觸良好，所以本專利技術探測器具有時間響應性能好，反應速度快的特點。3、本專利技術紫外光探測器由于是平面生長陣列，加上鈦片處理工藝成熟，因此具有制備工藝簡單、穩定，價格低廉，與硅平面工藝兼容以及易于產業化的優勢。4、本專利技術紫外光探測器結構簡單，體積小(器件面積只有6平方厘米)，并且用電流信號來表征紫外光信號，因此具有可以與其它探測器集成的優點。四附圖說明圖I為本專利技術紫外光探測器的結構示意圖；為了方便理解，石墨烯沒有在圖I中與下面器件接觸，實際情況是緊密接觸的。圖2為本專利技術紫外光探測器縱向截面示意圖。圖中標號1鈦片基底，2 二氧化鈦納米管陣列，3絕緣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種以二氧化鈦納米管陣列為基體的紫外光探測器，其特征在于：所述紫外光探測器自下而上依次由鈦片基底（1）、二氧化鈦納米管陣列（2）、絕緣層（3）和石墨烯薄膜（4）構成，在所述鈦片基底（1）的下表面和所述石墨烯薄膜（4）的上表面分別設置有引出電極（5），所述引出電極（5）通過電流測量器（6）連接；所述絕緣層（3）為框形空心結構，所述石墨烯薄膜（4）與所述絕緣層（3）接觸，所述石墨烯薄膜（4）與所述二氧化鈦納米管陣列（2）形成肖特基接觸；所述引出電極（5）為銀電極，所述引出電極（5）與所述石墨烯薄膜（4）形成歐姆接觸，所述引出電極（5）與所述鈦片基底（1）形成歐姆接觸。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅林保，王銘正，曾龍輝，呂鵬，聶彪，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：
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