一种透明柔性紫外探测器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种透明柔性紫外探测器，同时还公开了其制备方法。其中透明柔性紫外探测器包括透明塑料衬底，该透明塑料衬底表面沉积有ZnO基活性层，在ZnO基活性层的表面设置有透明叉指电极；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜。本发明实现了紫外探测器的透明化、柔性化，可以提高紫外探测器的应用范围；另外，本发明的紫外探测器整个制备过程在室温下完成，工艺过程简单，而且ZnO材料资源丰富，无毒害，适合工业化生产。

权利要求

1.一种光电导型紫外探测器的制备方法，其特征在于：在透明塑料衬底表面沉积ZnO基活性层，在ZnO基活性层的表面设置透明叉指电极；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜，其制备方法如下：

1）将柔性衬底清洗干净，利用脉冲激光轰击高纯ZnO陶瓷靶材，产生的等离子羽辉沉积在柔性衬底上，形成一层ZnO基活性层，沉积过程为低压纯氧环境，气压维持在5 Pa～

100 Pa，沉淀时间为30 min～200 min，脉冲激光能量为100 mJ～300 mJ，脉冲激光频率为3 Hz～10 Hz；

2）将带有叉指图形的金属掩膜固定在ZnO薄膜表面，并将其放置到磁控溅射生长室，利用磁控溅射技术在ZnO薄膜上沉积ITO透明叉指电极，溅射过程在低压高纯氩气中进行，气压维持在5 Pa～20 Pa，溅射功率在80 W～200 W，溅射时间为30 min～200 min，然后去掉金属掩膜得到光电导型柔性紫外探测器。

2.根据权利要求1所述的光电导型紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述的ZnO基活性层为ZnO薄膜、ZnCuO薄膜或ZnMgO薄膜。

3.根据权利要求1所述的光电导型紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述的透明叉指电极为ITO叉指电极、ZnO:Ga叉指电极或ZnO:Al叉指电极。

4.根据权利要求1所述的光电导型紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述ZnO基活性层的厚度为50 nm～200 nm，透明叉指电极的厚度为100 nm～300 nm，叉指间距为10 μm～1000 μm。

说明书

一种透明柔性紫外探测器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种紫外探测器，同时还涉及一种该紫外探测器的制备方法，属于光电探测器技术领域。

背景技术

[0002] 紫外光是指波长在200 nm到400 nm之间的电磁波，它在自然界和人们的生活中广泛存在。紫外探测技术是继红外探测、激光探测后发展起来的又一新型探测技术，广泛应用于环境监测、天文学、国防军事和天际通信等领域。目前使用的紫外探测器件仍以真空光电倍增管和紫外增强型硅光电二极管为主，前者体积大、工作电压高；后者需要昂贵的滤光片来减小可见光及红外光的影响，给实际应用带来困难。另外，随着大气臭氧层破坏的加剧，辐照到地球表面的紫外光越来越强，人们开始关注紫外辐射对人体健康的影响。及时准确地检测外界环境紫外光辐射强度，便可以采取有效的防护措施，降低病变的发生，因此便携式紫外探测器成为人们研究的热点。

[0003] 近年来随着宽带隙半导体材料的研究深入，人们开始利用对可见光响应低的宽带隙半导体来制备紫外探测器件，包括ZnO、GaN和SiC等材料。其中ZnO具有激子束缚能高、生长温度低、抗辐射能力强、材料无毒、资源丰富等优点，是制备高性能紫外探测器件的理想材料。光电导型紫外探测器的工作原理是，当入射光能量大于活性层材料的禁带宽度时，活性层中产生光生载流子，并通过叉指电极收集光生电流，从而实现紫外探测目的。目前ZnO基紫外探测器大多以硅片、石英或蓝宝石为衬底，并用金属材料做叉指电极，所得器件不透明、不可弯曲，且制备过程需要加热处理，工艺复杂，制备成本较高。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种透明柔性的光电导型紫外探测器，以提高紫外探测器的应用范围。

[0005] 本发明的另一目的是提供一种透明柔性的光电导型紫外探测器的制备方法。

[0006] 为了实现以上目的，本发明紫外探测器所采用的技术方案是：一种光电导型紫外探测器，包括透明塑料衬底，该透明塑料衬底表面沉积有ZnO基活性层，在ZnO基活性层的表面设置有透明叉指电极；所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜。

[0007] 所述的ZnO基活性层为ZnO薄膜、ZnCuO薄膜或ZnMgO薄膜。

[0008] 所述的透明叉指电极为ITO叉指电极、ZnO:Ga叉指电极或ZnO:Al叉指电极。

[0009] 所述ZnO基活性层的厚度为50 nm～200 nm，透明叉指电极的厚度为100 nm～300 nm，叉指间距为10 μm～1000 μm。

[0010] 本发明紫外探测器的制备方法包括如下步骤：

[0011] 1）将柔性衬底清洗干净，利用脉冲激光轰击高纯ZnO陶瓷靶材，产生的等离子羽辉沉积在柔性衬底上，形成一层ZnO基活性层，沉积过程为低压纯氧环境，气压维持在5 Pa～100 Pa，沉淀时间为30 min～200 min，脉冲激光能量为100 mJ～300 mJ，脉冲激光频率为3 Hz～10 Hz；

[0012] 2）将带有叉指图形的金属掩膜固定在ZnO薄膜表面，并将其放置到磁控溅射生长室，利用磁控溅射技术在ZnO薄膜上沉积ITO透明叉指电极，溅射过程在低压高纯氩气中进行，气压维持在5 Pa～20 Pa，溅射功率在80 W～200 W，溅射时间为30 min～200 min，然后去掉金属掩膜得到光电导型柔性紫外探测器；

[0013] 所述透明塑料衬底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜。

[0014] 所述的ZnO基活性层为ZnO薄膜、ZnCuO薄膜或ZnMgO薄膜。

[0015] 所述的透明叉指电极为ITO叉指电极、ZnO:Ga叉指电极或ZnO:Al叉指电极。

[0016] 本发明的紫外探测器，在透明柔软的塑料衬底上沉积有一层厚度为100 nm的ZnO基活性层，然后在该ZnO基活性层上制备透明叉指电极，实现了紫外探测器的透明化、柔性化，可以应用在许多领域，由于其具有柔软的特性，可以随着物体的外表面轮廓发生相应的变化，而且其透明的特性不会影响紫外探测器对物体外观的影响，应用的范围较广。另外，本发明的紫外探测器采用脉冲激光沉淀和磁控溅射相结合的制备方法，利用脉冲激光的方法制备ZnO基活性层，再用磁控溅射的方法在ZnO基活性层表面设置叉指电极，整个制备过程在室温下完成，工艺过程简单，而且ZnO材料资源丰富，无毒害，适合工业化生产。

附图说明

[0017] 图1为本发明紫外探测器的结构示意图；

[0018] 图2为紫外探测器的光透过率曲线图；

[0019] 图3为ZnO薄膜的XRD图；

[0020] 图4为紫外探测器的光电响应曲线图。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 本实施例的紫外探测器结构如图1所示，包括透明塑料衬底1，在透明塑料衬底1表面沉积有100 nm厚的ZnO薄膜2，在ZnO薄膜2的表面设置有100 nm厚的ITO透明叉指电极3，相邻叉指电极之间的叉指间距为600 μm。本实施例的透明塑料衬底采用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜。测试得到紫外探测器的光透过率如图2所示，紫外探测器在可见光波段的透过率达到80％，实现了紫外探测器的透明化。

[0023] 本实施例的紫外探测器的制备方法如下：

[0024] 1）将聚对苯二甲酸乙二酯（PET）透明柔性衬底清洗干净，用氮气吹干后，将其固定在样品托上并安装到脉冲激光沉积生长室中，调整ZnO靶材和衬底之间距离到5 cm，本实施例所用ZnO陶瓷靶材的纯度为99.99%；

[0025] 2）开启真空抽气系统，预抽本底真空到10-5 Pa，通过质量流量计向生长室中通入高纯氧气，使气压维持在10 Pa左右；

[0026] 3）开启准分子激光器，调节脉冲激光能量为200 mJ，脉冲激光频率为 5 Hz，使脉冲激光轰击ZnO靶材产生的等离子羽辉沉积在柔性衬底上形成薄膜，生长时间为30 min，所得薄膜厚度约为100 nm，为保证ZnO薄膜的均匀性，生长过程中靶材和衬底都保持匀速转动。得到的ZnO薄膜的XRD图如图3所示，除衬底衍射峰外，只观察到较强的ZnO（002）和微弱的ZnO（004）衍射峰，表明ZnO薄膜有很好的结晶质量和c轴取向性。

[0027] 4）将带有叉指图形的金属掩膜固定在ZnO薄膜上面，并将其放置到磁控溅射生长室，利用磁控溅射技术在ZnO薄膜上沉积ITO透明叉指电极，溅射过程在低压高纯氩气中进行，气压维持在10 Pa，溅射功率为120W，溅射时间为100 min，然后去掉金属掩膜得到光电导型柔性紫外探测器。

[0028] 申请人采用波长为365nm的紫外光源测量探测器的光电响应，如图4所示，其明暗3
电流比达到10，上升时间约为0.5s，表明有较好的紫外探测特性。

[0029] 实施例2

[0030] 本实施例的紫外探测器与实施例1基本相同，区别在于：ZnO薄膜的厚度为50 nm，ITO叉指电极的厚度为100 nm，叉指间距为200 μm。

[0031] 本实施例的紫外探测器的制备方法同实施例1，区别在于：脉冲激光沉淀的参数为：高纯氧环境气压为50 Pa，脉冲激光能量为300 mJ，脉冲激光频率为 3 Hz，生长时间为30 min；磁控溅射参数为：高纯氩气环境气压为5 Pa，溅射功率为200 W，溅射时间为30 min。

[0032] 实施例3

[0033] 本实施例的紫外探测器与实施例1基本相同，区别在于：ZnO薄膜的厚度为200 nm，ITO叉指电极的厚度为300 nm，叉指间距为1000 μm。

[0034] 本实施例的紫外探测器的制备方法同实施例1，区别在于：脉冲激光沉淀的参数为：高纯氧环境气压为50 Pa，脉冲激光能量为300 mJ，脉冲激光频率为 3 Hz，生长时间为30 min；磁控溅射参数为：高纯氩气环境气压为20Pa，溅射功率为80 W，溅射时间为200 min。

[0035] 本发明的实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，其中ZnO基活性层还可以采用ZnCuO薄膜或ZnMgO薄膜，透明叉指电极还可以采用ZnO:Ga叉指电极或ZnO:Al叉指电极，透明塑料衬底可以采用、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚醚砜树脂薄膜或有机玻璃薄膜，这是本领域技术人员通常采用的替换技术手段，应当落入本发明的保护范围。