NiO/Al2O3/ZnO高性能紫外光伏探测器及其制备方法与流程

nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器及其制备方法
技术领域
1.本发明属于紫外光电探测技术领域，尤其是一种在nio和zno中间加入纳米介质层al2o3的紫外光伏探测器。


背景技术：

2.日常环境中的紫外线主要来源于太阳光，大气层中存在的臭氧层能够吸收波长在200 nm以下的真空紫外光，在大气背景下几乎没有真空紫外光的存在，所以波长小于200 nm的短波紫外uvc也被称为日盲紫外或者太阳盲紫外。随着科学技术知识的快速发展，越来越多的科技工作者对紫外线产生了浓厚的兴趣，因此紫外探测技术在20世纪50年代开始发展，一直到了20世纪80年代才有了实质性的应用进展。紫外探测技术是一门新兴的探测技术，以光电效应为工作原理，能够与光子发生能量交换把外界光信号转变为电信号。该技术与红外探测技术和激光探测技术相比具有很大的不同之处，其在远程遥控、导弹预警、天文观测、环境监测、火灾探测、生物气溶胶监测、光学通信等领域都有广泛的用途。
3.zno是一种光电性能较好的宽禁带半导体，其禁带宽度约为3.29 ev，具有化学稳定性高、激子束缚能大等优点，能够被应用在紫外光电探测器制造行业。zno和其它半导体材料相比具有非常明显的优势和特点，不但生长制备简单而且纳米结构种类多，能够使用其各种形态用于制备探测器。nio是一种少有且稳定的本征p型材料，作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，属3d过渡二元金属氧化物。nio薄膜通常具有较高的可见光透过率，作为一种p型本征半导体材料，在制备异质结光电探测器时是首选的与n型半导体材料结合的p型材料。
4.p-n结是制备光伏型探测器的重要基础，而通过磁控溅射法依次生长zno和nio两种氧化物并不容易直接形成p-n结。为了充分利用两种氧化物优异的光电特性，在本方法中使用射频磁控溅射制备了带有中间纳米介质层al2o3薄膜的高性能紫外光伏型探测器。


技术实现要素：

5.本发明的目的是通过在nio和zno中间加入纳米介质层al2o3，探索不同介质层厚度对探测器性能的影响，从而解决zno和nio两种氧化物不容易直接形成p-n结且探测器光响应率不高的问题，提出一种结构为nio/al2o3/zno的高性能紫外光伏探测器及其制备方法，并通过退火处理改善其光电探测性能。
6.nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器，从下至上依次是衬底、阳极层、功能层以及阴极层，其特征在于功能层为nio/al2o3/zno复合薄膜，nio和zno薄膜中间为纳米介质薄膜al2o3；所述的nio/al2o3/zno复合薄膜，nio厚度为200-300纳米，al2o3厚度为4.8纳米，zno厚度为500-700纳米。
7.所述的阳极层为ito，与衬底复合形成ito石英衬底；阴极层为铝电极。
8.nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器制备方法，其特征在于该方法包括以下步
骤：s1，清洁ito石英衬底，并设置功能层生长区域；s2，在功能层生长区域分别依次磁控溅射形成200-300纳米nio，4.8纳米al2o3，500-700纳米zno复合薄膜层；s3，薄膜退火：在管式炉中进行退火，退火温度为200-400℃，保温时间为1-3h；s4，生长阴极层。
9.所述阴极层为铝，铝电极为蒸镀。
10.本发明中，在nio和zno中间加入al2o3纳米介质层后退火，解决了nio和zno两种氧化物间不易通过磁控溅射直接形成p-n结的难题。此外，中间al2o3纳米介质层厚度对探测器性能有着较大的影响，在合适的厚度下，这种器件具有明显的结特性，整流比高，光响应率大。
附图说明
11.图1为实施例1的紫外光伏探测器的结构示意图。
12.图2为实施例1的紫外光伏探测器的i-v测试结果图。
13.图3为实施例1的紫外光伏探测器的log(i)-v测试结果图。
14.图4为实施例1的紫外光伏探测器的响应率(r)和探测率(d*)测试结果图。
15.图5为实施例1的紫外光伏探测器的i-t测试结果图。
16.图6为对比例1的不同al2o3厚度紫外光伏探测器的响应率(r)和探测率(d*)测试结果图；其中，图a-d中间介质层al2o3厚度分别为2.25nm、8.72nm、10.64nm、16.40nm。
具体实施方式
17.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
18.实施例1：nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器，从下至上分别是石英衬底1、ito阳极层2、nio薄膜3、al2o3薄膜4、zno薄膜5，以及铝电极6。
19.nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器的制备方法，包括以下步骤：s1，清洁衬底：由氨水：双氧水：去离子水按体积比1：1：2配置清洗溶液，ito石英衬底在清洗液中清洗30min，使用氮气喷枪吹净衬底表面的水渍，表面干净无杂物，ito石英衬底厚度为176.6纳米。
20.s2，功能层区域设定：在清洗干净的衬底上距离四周边缘1mm处贴上高温胶带，其余地方为预留的薄膜生长区域，每次薄膜生长完毕均贴上一圈高温胶带，以此保证后续生长的每层薄膜都比前一层薄膜小一圈。
21.s3，nio薄膜溅射：使用磁控溅射设备，在真空度8
×
10-4
pa以下，溅射功率为200w，溅射50min，形成均匀的218.8nm厚度nio薄膜。
22.s4，纳米介质层al2o3薄膜溅射：使用磁控溅射设备，在真空度8
×
10-4
pa以下，溅射功率为100w，溅射50s，形成均匀的4.8nm厚度al2o3薄膜。
23.s5，zno薄膜溅射：使用磁控溅射设备，在真空度8
×
10-4
pa以下，溅射功率为200w，
溅射50min，形成均匀的578.2nm厚度zno薄膜。
24.s6，薄膜退火：将制备的薄膜使用管式炉进行退火，退火温度为300℃，保温时间为2h。
25.s7，蒸镀阴极层：使用金属有机蒸镀设备，薄膜用模板遮掩后，在真空度小于8
×
10-4
pa时，蒸镀铝柱3min，形成均匀的铝电极，然后阴极层和阳极层上引金丝。
26.对本实施制备的器件进行检测。图2和图3可以看出制备的器件具有明显的异质结且具有良好的整流特性。图4为实施例1的紫外光伏探测器的响应率(r)和探测率(d*)测试结果图，此时中间纳米介质层al2o3的厚度约为4.8nm，最大响应率为1390a/w，最高探测率为7.4
×
10
12
jones。图5为实施例1的紫外光伏探测器的i-t测试结果图，从图中可以看出探测器具有较好的周期性规律，说明器件工作性能比较稳定。
27.对比例1： nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器，与实施例1相比只有中间纳米介质层al2o3厚度不同，其余制备步骤完全相同。
28.选择al2o3磁控溅射功率为100w，生长时间分别为20s、80s、100s、150s，形成厚度约为2.25nm、8.72nm、10.64nm、16.40nm的薄膜，测试其光电性能，如图6所示，发现该器件的响应率和探测率均比实施例1中的器件性能较低。

技术特征：
1.nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器，从下至上依次是衬底、阳极层、功能层以及阴极层，其特征在于功能层为nio/al2o3/zno复合薄膜，nio和zno薄膜中间为纳米介质薄膜al2o3；所述的nio/al2o3/zno复合薄膜，nio厚度为200-300纳米，al2o3厚度为4.8纳米，zno厚度为500-700纳米。2.nio/al2o3/zno高性能紫外光伏探测器制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：s1，清洁ito石英衬底，并设置功能层生长区域；s2，在功能层生长区域分别依次磁控溅射形成200-300纳米nio、4.8纳米al2o3、500-700纳米zno复合薄膜层；s3，薄膜退火：在管式炉中进行退火，退火温度为200℃-400℃，保温时间为1h-3h；s4，生长阴极层。

技术总结
NiO/Al2O3/ZnO高性能紫外光伏探测器及其制备方法，属于紫外光电探测技术领域，尤其是一种在NiO和ZnO中间加入纳米介质层Al2O3的紫外光伏探测器。本发明的探测器，从下至上依次是衬底、阳极层、功能层以及阴极层，功能层为NiO/Al2O3/ZnO复合薄膜，NiO和ZnO薄膜中间为纳米介质薄膜Al2O3；所述的NiO/Al2O3/ZnO复合薄膜，NiO厚度为200-300纳米，Al2O3厚度为4.8纳米，ZnO厚度为500-700纳米。本发明中，在NiO和ZnO中间加入Al2O3纳米介质层后退火，解决了NiO和ZnO两种氧化物间不易通过磁控溅射直接形成p-n结的难题。此外，中间Al2O3纳米介质层厚度对探测器性能有着较大的影响，在合适的厚度下，这种器件具有明显的结特性，整流比高，光响应率大。响应率大。响应率大。


技术研发人员：唐利斌 商国新 才玉华 宋立媛 贾梦涵 马兴招
受保护的技术使用者：昆明物理研究所
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/16