基于無機半導體單晶網絡結構的光或氣體探測器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于無機半導體單晶網絡結構的光或氣體探測器，所述的探測器包括：敏感元件層、源電極和漏電極，其特征在于：所述敏感元件層由無機半導體單晶網絡結構組成。和傳統的探測器中采用的薄膜或多晶網絡結構的敏感元件相比，單晶網絡結構可以保證作為探測層的半導體材料擁有巨大的比表面積，增大了其與光或氣體作用位點；同時單晶網絡結構能夠顯著降低缺陷的數量，提高電子的輸運特性。因此，利用本方法可以顯著提高探測器的靈敏度，縮短響應時間，提高探測效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光或氣體探測器，尤其是涉及一種基于無機半導體單晶網絡結構的探測器。
技術介紹
半導體傳感器是指采用半導體材料作為敏感元件的探測器件。其中，氣敏傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化而制成的。當半導體敏感材料接觸氣體時，通過測量半導體的電阻的變化即可實現對于待檢測氣體的成分或濃度的檢測。氣敏傳感器主要應用于易燃、易爆、有毒等有害氣體的監測、預報和自動控制。半導體光探測器是利用半導體材料的光電效應來接收和探測光信號的器件。與半導體氣敏傳感器類似，當半導體敏感材料受到光照輻射時，通過測量半導體的電阻的變化即可實現對待檢測光的波長或強度的檢測。半導體光探測器可廣泛用于光通信、信號處理、傳感系統和測量系統。傳統的探測器中作為敏感元件的無機半導體多采用多晶或非晶薄膜以及多晶網絡結構。這兩種結構都有其顯著的缺點，薄膜型無機半導體敏感元件比表面積較小，而多晶網絡型無機半導體敏感元件雖然比表面積較大，但存在較多的缺陷。這些原因導致半導體傳感器的分辨率偏低且響應時間較長。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供基于無機半導體單晶網絡結構的光和氣體探測器，以具有高靈敏度、快速響應特性。為達到上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案是一種基于無機半導體單晶網絡結構的光或氣體探測器，所述的探測器包括敏感元件層、源電極和漏電極，所述敏感元件層由無機半導體單晶網絡結構組成。上述技術方案中，所述的無機半導體選自S1、Ge、SiC、AlP、AlAs、AlSb、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe, SnTe, PbS、PbSe、PbTe、AsS、AsSe、AsTe、SbS、SbSe、SbTe, ZnO, CdO, TiO2, SnO、Cu2O,NiO、CoO、FeO、Cr2O3,或者其中任意組合的半導體的固溶體。上述技術方案中，所述的探測器的探敏感元件層為完整的無機半導體單晶網絡結構。而不是多個無機半導體單晶網絡的混合物。上述技術方案中，所述的源、漏電極的材質是金、銀、銅、PED0T:PSS聚合物材料中的一種。本專利技術的無機半導體單晶網絡結構的構造方法可以是但不僅限于無機單晶半導體片的選擇性腐蝕、無機半導體顆粒的自組裝以及無機半導體的單晶前軀體的進一步化學處理等。根據所用的無機半導體材料的不同，制備的光探測器所探測光的波長范圍為100 lOOOOOnm。根據所用的無機半導體材料的不同，制備的氣體探測器所探測的氣體包括氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、硫化氫、氯化氫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣以及水、甲醇、乙醇、丙酮、甲醛、乙醛、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和乙醚等蒸汽。由于上述技術方案運用，本專利技術與現有技術相比具有下列優點 本專利技術的敏感元件層采用單晶網絡結構，可以保證作為探測層的半導體材料擁有巨大的比表面積，增大了其與光或氣體的作用位點；同時，單晶網絡結構能夠顯著降低缺陷的數量，提高電子的輸運特性；因此，本專利技術可以顯著提高探測器的靈敏度，縮短響應時間，提高探測效率。附圖說明圖1為本專利技術實施例1的Zna5Pba5Se單晶網絡結構納米帶的透射電子顯微鏡照片及其選區電子衍射照片。圖2為本專利技術實施例1的Zna5Pba5Se單晶網絡結構納米帶的選區電子衍射照片。圖3為本專利技術實施例1的基于單根Zna5Pba5Se單晶網絡結構納米帶的光探測器的1-V特性曲線。圖4為本專利技術實施例2的ZnS多孔單晶微米片的透射電子顯微鏡照片。圖5為本專利技術實施例2的ZnS多孔單晶微米片的選區電子衍射照片。圖6為本專利技術實施例2的基于ZnS多孔單晶微米片的乙醇氣敏傳感器在不同濃度乙醇中響應-恢復曲線。圖7為本專利技術實施例3的Si多孔單晶片的掃描電子顯微鏡照片。圖8為本專利技術實施例3的基于Si多孔單晶片的一氧化氮氣敏傳感器在不同濃度一氧化氮中響應-恢復曲線。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步描述 實施例1 : 步驟一，分別將 0. 3mmol ZnSO4 · 7H20 和 0. 3mmol Na2SeO3 溶于 16 mL 去離子水、14 mL二乙烯三胺和5 mL水合肼的混合溶液中。磁力攪拌30min后轉移至容積為50 mL的反應釜中，密封后置于180°C烘箱中反應12h。自然冷卻后將反應產物分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌三次并60°C真空干燥。步驟二,取0. 2mmol上述產物重新分散于35 mL去離子水中，并加入0.1mmol PbCl2攪拌IOmin后轉移至容積為50 mL反應釜中，密封后置于160°C烘箱中反應6h。自然冷卻后將反應產物分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌三次得到圖1所示的Zna5Pba5Se網絡結構納米帶。由圖2可以看出該納米帶為單晶結構。步驟三，將Zntl 5Pbtl 5Se網絡結構納米帶的乙醇溶液均勻分散于表層被氧化為SiO2的硅片上，挑選單根納米帶利用聚焦離子束在納米帶兩端蒸鍍Au電極完成單根光探測器的制備。步驟四，對上述光探測器進行光電特性測試，結果示于圖3。可見本實施例所制備的光探測器具有好的靈敏性，及較好的重復性。實施例2 步驟一，將2. 5mL1-己醇和O. 91 g十六烷基三甲基溴化銨溶于25. OmL正十二烷。然后再向上述溶液加入ImL濃度為2mol/L的Zn (AC) 2的氨水溶液，并劇烈攪拌直至溶液澄清形成反微乳。步驟二，取50 μ L CS2溶于2mL正十二烷溶液，超聲分散后用注射器逐滴加入至上述反微乳體系。繼續攪拌約2h直至溶液變為乳白色表明已經生成ZnS納米顆粒。步驟三，向上述乳白色溶液中加入12mL 二甘醇進行破乳，然后靜置3天。此過程中ZnS納米顆粒在正十二烷和二甘醇界面通過取向搭接自組裝形成如圖4-5所示的多孔單晶微米片。步驟四，將ZnS多孔單晶微米片撈出并用乙醇沖洗數次后通過打印PED0T:PSS聚合物的方法制備源電極和漏電極。步驟五，對上述傳感器進行乙醇氣敏性檢測，結果示于圖6。可見本實施例所制備的氣敏傳感器具有優良的靈敏性和快速響應的能力。實施例3 步驟一，取單晶硅片分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲40分鐘，然后用N2氣吹干，并放置于100°C真空烘箱中。步驟二，將硝酸和氫氟酸按摩爾比4:6混合并用蒸餾水稀釋至質量分數為10%的稀酸溶液配置成墨水。 步驟三，將所述墨水注入到墨水盒中，采用常規噴墨打印技術按預定圖形對清洗干燥后的單晶硅片進行刻蝕，然后用蒸餾水清洗數次得到如圖7所示的Si多孔單晶片。步驟四，對上述Si多孔單晶片通過熱蒸發的方法制備一層金構成源電極和漏電極。步驟五，對上述傳感器進行氧氣的氣敏性檢測，結果示于圖8。可見本實施例所制備的氣敏傳感器具有優良的靈敏性和快速響應的能力。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于無機半導體單晶網絡結構的光或氣體探測器，所述的探測器包括：敏感元件層、源電極和漏電極，其特征在于：所述敏感元件層由無機半導體單晶網絡結構組成。

【技術特征摘要】
1.一種基于無機半導體單晶網絡結構的光或氣體探測器，所述的探測器包括:敏感元件層、源電極和漏電極，其特征在于所述敏感元件層由無機半導體單晶網絡結構組成。2.根據權利要求1所述的基于無機半導體單晶網絡結構的光或氣體探測器，其特征在于所述的無機半導體選自 S1、Ge、SiC, A1P、AlAs, AlSb, GaP、GaAs, GaSb, InP、InAs,InSb、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、P...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張孟，李豐，潘革波，馬慧軍，
申請(專利權)人：蘇州錦富新材料股份有限公司，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：