[发明专利]ZnO量子点基深紫外传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，特别涉及ZnO量子点基深紫外传感器及制备方法。

背景技术

紫外(UV)传感器件在工业和科学领域有着广泛的需求，如在高温火焰、导弹焰羽的监控、环境光检测以及光开关和光通信等领域都有着直接的应用前景。氧化锌(ZnO)作为一个典型的宽禁带半导体(E_g～3.4eV)，其具有较好的激子束缚能(E_b～60meV)，是开发UV探测器的理想材料之一。近年来，由于一维纳米材料具有天然的电子传输通道和较大的比表面积，ZnO纳米线、纳米棒、纳米带等一维纳米建筑模块被广泛地用于设计UV探测器。然而，在欧姆接触的一维纳米UV探测器件中，光电响应的时间通常需要几秒到几分钟甚至几百分钟，因为光电流的开关基于ZnO表面发生的氧吸附和解吸附的过程非常缓慢。最近研究表明，ZnO纳米结构和电极之间形成的肖特基势垒能够有效地提高光电响应的速度，尤其是恢复过程中光电流的衰减速度。但是，在器件中设计一个有效的肖特基势垒仍然是一项艰巨的任务。众所周知，连续的颗粒膜中颗粒之间存在结势垒，它们相当于各向同性的肖特基势垒阻碍着电子的传输，而且其势垒高度快速敏感于光生载流子浓度，因此这样的结势垒主导着颗粒膜的电导及其光电响应。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，研制ZnO量子点基深紫外传感器制备方法。

本发明的技术方案是：

ZnO量子点基深紫外传感器，其主要技术特征在于利用超细的ZnO量子点网络结构作为光电响应的活跃层。

本发明的另一技术方案是：

ZnO量子点基深紫外传感器制备方法，其主要技术步骤在于：

ZnO量子点的制备：

(1)将Zn(CH₃COO)₂·2H₂O粉末加入到绝对干乙醇溶液中，将该溶液在80℃下连续搅拌至充分溶解，用冰浴将该溶液冷却至0℃；

(2)将LiOH·H₂O粉末超声溶解在绝对干乙醇溶液中，配制均匀的LiOH溶液；

(3)将步骤(2)得到的LiOH溶液逐滴缓慢地加进步骤(1)得到的Zn(CH₃COO)₂的乙醇溶液中，在0℃下反应，辅以磁搅拌和N₂气流的保护；

(4)得到ZnO量子点溶液，在绝对干乙醇中并置于0℃以下保存；传感器的制备：

(5)将Au叉指电极放入步骤(4)得到的ZnO量子点的乙醇溶液中；

(6)然后向该溶液中逐滴加入正庚烷，ZnO量子点逐渐溢出并沉积在Au叉指电极上；

(7)经过充分沉积后，将沉积有ZnO量子点的Au叉指电极提出，并在N₂下冷却干燥。

本发明设计的ZnO量子点基紫外传感器具有以下优势：1.生产装置简单，技术流程简易、成本低廉，可批量化和工业化；2.具有显著的、快速且稳定的光电流开关特性：光电流开关比大于10³，光电流上升和衰减时间都小于1s；3.具有更高的且更具意义的光波选择性，只对波长小于340nm的深紫外线有显著的响应。

本发明采用简易的、低成本的自组装工艺设计了一个基于ZnO量子点的新型深紫外探测器件，其展现出高的光谱选择性、稳定的光开关行为、高的光电流响应度和快速的响应速度，提高了UV探测器的响应速度。

附图说明

图1——本发明中ZnO量子点基紫外传感器自组装的构建过程示意图。

图2——本发明设计的ZnO量子点基紫外传感器在环境白光、355nm和325nm的紫外光照射下的I-V曲线示意图；其中，图2(a)中线性对称的I-V曲线表明器件呈现欧姆接触，而且光电流只有在325nm的深紫外照射下才有显著的增强，说明器件只对深紫外光较敏感，即具有更高的、更具意义的光波选择性；图2(b)显示了对数坐标系中的I-V曲线，更清晰地表明光电流的开关比高于10³，且几乎不依赖与偏压(0.1～5V)。

图3——本发明设计的ZnO量子点基紫外传感器在325nm紫外照射(22.9mW/cm²)和5V偏压下时间分辨的光电响应曲线示意图；其中，图3(a)显示了器件具有稳定、快速且显著的光电流开关行为；图3(b)显示光电流的上升和衰减过程符合二阶指数拟合，对应的时间指数分别约为0.8s和0.5s。

具体实施方式

本发明的技术思路在于：