[发明专利]一种基于横向桥接pn结的自供电纳米紫外探测器

说明书

一种基于横向桥接pn结的自供电纳米紫外探测器，涉及紫外探测技术领域。本发明通过在两个对称的ZnO种子层相对的侧壁上一个生长n型ZnO纳米线，一个生长p型ZnO纳米线形成横向桥接来制备自供电紫外探测器以避免纳米线转移的复杂过程和不需要考虑单根纳米线中如何控制一种导电类型的纳米线在另一种导电类型的纳米线上继续生长的问题；并增大了器件的感光面积，优化了紫外探测器的响应性能。

技术领域

本发明涉及紫外探测技术领域，具体涉及一种基于横向桥接pn结的自供电纳米紫外探测器。

背景技术

近年来紫外探测技术应用的范围越来越广泛，人们对紫外探测器的需求越来越多，同时对紫外探测器的性能要求日趋严格，这在很大程度上推进了紫外探测器的发展。然而传统的紫外探测器一般需要外接电源才能工作，外接电源的使用会浪费能源。因此，自供电的紫外探测器受到了广泛的关注。

自供电紫外探测器即光伏型紫外探测器，通过器件中的内建电场使光生载流子分离，不需外界提供能量。光伏型紫外探测器包括pn结型、p-i-n结型、肖特基型和金属-半导体-金属型(MSM)。目前，研究比较广泛的探测器结构为pn结型，即n型半导体和p型半导体相接触，由于两边载流子浓度不同，载流子会发生扩散，在接触界面附近形成无法移动的电离施主和电离受主，形成空间电荷区产生内建电场。当能量大于材料带隙的光子入射时，器件内部产生光生载流子，在内建电场的作用下，形成光电流。

基于ZnO纳米结构的pn结，有异质pn结和同质pn结。由于异质pn结的更易于实现，所以对异质pn结的研究也更加广泛，主要有:

(1)ZnO纳米结构与有机-无机杂化钙钛矿材料如CH₃NH₃PbI₃、MAPbI₃等构成异质p-n结紫外探测器。由于钙钛矿材料有较高的吸收系数和外量子效率以及其带隙可以变化、载流子有较长的扩散长度和寿命等优良的性能被认为是制备异质pn结中充当p型电导率的一种很有潜力的材料，但是该种材料化学性质不稳定，遇水容易发生分解，因而在制备紫外探测器时多为多层结构，以保证器件的稳定性，这会使制造工艺复杂化。现今用溶液法制备出来的钙钛矿薄膜多为多晶薄膜，在成膜过程中引入缺陷会造成载流子散射，使载流子迁移率降低，从而降低紫外探测器的光学性能。

(2)通过向ZnO纳米结构上沉积Ag₂S或ZnS等制备核壳纳米异质结，并以该结构作为光电极制备自供电紫外探测器。由于核壳纳米异质结构相接触时形成的能带排列有利于光生载流子分离，提高电荷分离的速度以提高紫外探测器的响应速度和对光敏性。但是当超过截止响应波长的时候，仍会有微弱的光响应，归因于Ag₂S和ZnS纳米颗粒中缺陷的轻微光吸收引起的，从而影响紫外探测器探测的性能。且该结构制备的紫外探测器常以液体作为电解液，也会对保持器件性能的稳定提出挑战。

(3)ZnO纳米结构通过与呈现p型电导率的NiO、Si、Cu2O等薄膜构成异质pn结。制备此种结构的紫外探测器工艺简单，制作出的p型电导率的薄膜为单晶，缺陷少，从而比较容易制备高性能的紫外探测器。

但是ZnO和这些异质材料之间存在那怕微小的晶格失配也会影响到器件的性能，晶格失配而造成的位错会降低紫外探测器的量子效率。为了实现ZnO纳米结构紫外探测器得到广泛的应用，就必须制备出性能优良的同质pn结。制备同质pn结可以通过：