[发明专利]基于氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的宽带光探测器及其制备方法

摘要

本发明具体提供了一种基于氢化二氧化钛纳米棒阵列和n型硅基底形成的n‑n同型异质结的高性能宽带光探测器。首先利用旋涂方法在n型硅基底上生长二氧化钛多孔薄膜；然后通过水热法方法诱导种子层生成二氧化钛纳米棒阵列；并对其进行氢化处理得到氢化二氧化钛纳米棒阵列；最后通过磁控溅射法制备透光金属层电极薄膜。本发明利用氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的界面效应制备的宽带光探测器具有工艺简单，成本低廉，无需加热器，能在室温下工作，及耗能低，灵敏度高，响应、恢复时间短的特点，且宽带光探测器对紫外到红外光均具有良好的检测性能，具有重要的应用前景。

主权项

一种基于氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结的宽带光探测器及其制备方法，其中，采用具有宽带敏感性的氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结材料，主体结构是氢化二氧化钛纳米棒阵列薄膜(3)和n型硅基底(5)形成的n‑n同型异质结；其中，n型硅基底(5)上二氧化钛多孔膜(4)，氢化二氧化钛纳米棒阵列表面镀有透光金属层电极薄膜(2)；透光金属层电极薄膜(2)上制备铟点电极(1)，在n型硅基底(5)上与二氧化钛多孔膜(4)相对的一侧表面上形成铟金属层(6)作为另一电极；连接正电极铟点电极(1)和负电极铟金属层(6)，并串联吉时利数字源表2602B(7)；电压为‑7伏特；氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结从无光向有光转换时，电流变化较大，表现出了优秀的宽带光响应特性；反向电压下，该异质结在不同光功率下光电流变化明显，且随着光功率的增大，光电流增大，当反向电压大于7伏特时，光电流趋于稳定；在反向电压7伏特时，光响应参数即光响应度、灵敏度和探测度最大，响应时间和恢复时间均在50毫秒；该异质结在紫外光、可见光和红外光下，均表现出较好的光响应特性；在氢化温度350摄氏度下，900纳米(0.5微瓦每平方厘米)光照下，氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结表现出优秀的响应度(468安培每瓦)与杰出的探测度(1.96×1014厘米开方赫兹每瓦)及优异的S(2.63×107平方厘米每瓦)；对比已报道的纳米二氧化钛薄膜/二氧化钛纳米棒阵列/硅探测器的R(10‑6‑10‑1安培每瓦)和S(2×103平方厘米每瓦)，氢化二氧化钛纳米棒阵列/硅异质结光响应提高到4‑8个数量级；更重要的是，该异质结的光响应度、灵敏度和探测度比一些新的二维纳米材料/硅基光电探测器甚至还高出2‑4个数量级。