[发明专利]一种基于多晶面Ir‑Pd纳米粒子体系掺杂的TiO2薄膜紫外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体紫外光电探测技术领域，具体涉及一种基于多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜紫外探测器及其制备方法。

背景技术

随着人们对大量信息处理传输需求的不断提升，以及对光电子信息技术与光电子集成电路的不断研究，紫外光的研究再一次激发了人们的兴趣。在无机宽禁带半导体材料广泛使用以前，紫外探测多采用光电倍增管或硅基光电二极管器件，而这些器件具有价格昂贵、工作电压高、体积大、需要滤光设备等明显缺点。而如今在制作紫外探测器的无机材料中，TiO₂具有价格低廉、良好的物理和化学稳定性、良好的光电特性等优点。但通过实验研究，人们发现用TiO₂这种单一材料制作的紫外探测器件性能仍存在许多不足，比如光响应度偏低。于是，人们开始关注复合材料在紫外探测器制备中的实际应用。

以往人们常用单种金属纳米粒子进行掺杂。这种方法在提高器件性能方会有一定的效果，但并不足够显著。

发明内容

本发明目的是提供一种基于多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜紫外探测器及该探测器的制备方法：以石英片作为衬底，采用溶胶凝胶的成膜方法，以Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜作为感光层制备紫外光探测器。此方法简单易行，器件性能优良。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜紫外探测器，其特征在于：按紫外光线入射方向，从下至上依次为：石英片衬底、多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜、通过磁控溅射方法制备的Au叉指电极。

其中，石英片衬底厚度为0.5～1.5mm，多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜的厚度为80～110nm；在该薄膜中，Ti与Ir的摩尔比为1：0.0005～0.002，Ti与Pd的摩尔比为1：0.0005～0.002，Ir-Pd纳米粒子体系中的Ir纳米粒子和Pd纳米粒子均为多晶面结构；Au叉指电极的厚度为100～150nm，Au叉指电极的指长度、指间距、指宽度分别为0.8～1.2mm、5～30μm、5～30μm。

本发明所述的一种多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜紫外探测器的制备方法，其步骤如下：

(1)衬底的清洁处理

将石英片衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～15分钟，然后氮气吹干。

(2)多晶面Ir纳米粒子制备

在氮气保护下，将0.25～0.35mmol三氯化铱和1～3mmol醋酸钠加入到70～80mL丙二醇中，于150～180℃的油浴条件下剧烈搅拌回流1～2小时；冷却后，向混合溶液中加入40～60mL甲苯及40～60mL、0.5～1.5mmol/L的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶液作为反应的表面活性剂，在60～100℃水浴、100～150W超声条件下搅拌0.5～1.5小时；水浴超声搅拌结束后收集甲苯层，加压旋干；产物依次用甲醇、去离子水离心清洗3～5次，干燥后得到多晶面的Ir纳米粒子；

(3)多晶面Pd纳米粒子制备

在氮气的保护下，将20～30mL、0.8～1.2mmol/L的PdCl₂溶液加入到40～60mL、0.5～1.5mmol/L的作为反应的表面活性剂的PVP溶液中，常温下搅拌30～50min后，再向混合溶液中快速注射5～15mL、10～20mmol/L的NaBH₄溶液，注射时间控制在5s以内；在80～90℃水浴条件下继续搅拌1～3h后，得到含有Pd纳米粒子的溶液；最后依次用氯仿、乙醇溶液循环离心清洗2～4次，干燥后得到多晶面的Pd纳米粒子；

(4)多晶面Ir-Pd纳米粒子体系掺杂的TiO₂薄膜的制备