專利名稱：方酸單根納米線和n型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及制備方法
方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及制備方法。
背景技術(shù)：
目前研究較多且運(yùn)用于實(shí)際中的探測(cè)器主要是無(wú)機(jī)探測(cè)器，其中以Si基、Ti基、 GaN基以及ZnO基紫外光探測(cè)器為代表。有機(jī)材料尤其是有機(jī)小分子材料由于具有柔性、易裁剪性、結(jié)構(gòu)及性能方面的多樣性等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。然而其在光電探測(cè)器應(yīng)用方面的研究至今較少。方酸染料作為有機(jī)小分子材料的一類，是一種重要的有機(jī)光電功能染料，具體而言光吸收波長(zhǎng)范圍是400nm-800nm ； P型半導(dǎo)體材料；光響應(yīng)迅速，電流開(kāi)關(guān)比值較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于當(dāng)今無(wú)機(jī)探測(cè)器的研究日益成熟，而有機(jī)材料尤其是具有諸多優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)小分子材料(柔性、結(jié)構(gòu)及性能的多樣性、官能團(tuán)易裁剪性)應(yīng)用于探測(cè)器方面的研究較少。為了充分利用有機(jī)小分子材料的優(yōu)勢(shì)，我們選用光電性能較好的有機(jī)小分子染料方酸，制備出方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。該發(fā)明在暗場(chǎng)、白光、控溫、真空環(huán)境下均顯示出明顯的整流信號(hào)，且當(dāng)以一定波長(zhǎng)范圍的單色光(400nm-800nm)照射且施以負(fù)壓時(shí)，出現(xiàn)反向電導(dǎo)增強(qiáng)的現(xiàn)象(即光電探測(cè)的依據(jù))。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，所述探測(cè)器自上而下依次由方酸單根納米線、金電極、絕緣襯底、N型硅迭置而成。
進(jìn)一步的，所述方酸單根納米線中的方酸為2，4-bis[4- (N, N-dimethylamino) phenyl] squaraine,是一種具有較強(qiáng)光電導(dǎo)性的有機(jī)小分子材料，其分子式是C2(iH2QO2。
進(jìn)一步的，所述金電極的尺寸為400 μ mX 400 μ m，厚度為50nm。
進(jìn)一步的，所述絕緣襯底為厚度為300nm的二氧化硅。
方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備方法，按如下步驟進(jìn)行a、利用光刻方法在表面氧化層厚度為300nm的N型硅片上面光刻出500μπιΧ500μπι 的方塊圖形；b、顯影并刻蝕，選擇性的將方形圖形區(qū)域外的二氧化硅層刻蝕去除，制備出島嶼狀 500 μ mX 500 μ m的方塊二氧化硅圖案；c、進(jìn)行二次光亥lj，在島嶼狀500μπιΧ500μπι的方形二氧化硅圖案正中光刻出 400 μ mX400 μ m的方塊電極圖形；d、通過(guò)磁控濺射或電子束沉積方法在方塊電極的圖形上制備出400μ mX400 μ m的方塊電極，電極材料為Au ；e、采用“溶劑揮發(fā)法”，制備出方酸單根納米線，并滴加到制備好的電極上面。在顯微鏡的幫助下，挑選出能夠準(zhǔn)確搭在N型硅和金電極之間的方酸單根納米線。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、該發(fā)明對(duì)可見(jiàn)光敏感，為有機(jī)/無(wú)機(jī)光電探測(cè)器。
2、該發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高。
3、該發(fā)明成本低，易于實(shí)現(xiàn)。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的暗場(chǎng)及白光環(huán)境下的I-V (電流-電壓)曲線； 圖3為本發(fā)明在電壓為7V，周期性變換暗場(chǎng)和白光環(huán)境下的I-T (電流-時(shí)間響應(yīng))曲線.一入 ，圖4為本發(fā)明在控溫環(huán)境下的I-V曲線； 圖5為本發(fā)明在真空環(huán)境下的I-V曲線； 圖6為本發(fā)明在白光及550nm光激發(fā)下的I-V曲線； 圖7為本發(fā)明在450nm、500nm、550nm波長(zhǎng)的單色光激發(fā)下的I-V曲線。
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1.方酸單根納米線，2.金電極，3.絕緣襯底，4. N型硅。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)施例中方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器自上而下依次由方酸單根納米線1，金電極2，絕緣襯底3，N型硅4迭置而成。
進(jìn)一步的，所述方酸單根納米線1中的方酸為2，4-bis[4- (N, N-dimethylamino) phenyl] squaraine,是一種具有較強(qiáng)光電導(dǎo)性的有機(jī)小分子材料，其分子式是c2(iH2QO2。
進(jìn)一步的，所述金電極2的寬度為400 μ mX 400 μ m，厚度為50nm。
進(jìn)一步的，所述絕緣襯底3為厚度是300nm的二氧化硅。
方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備方法，按如下步驟進(jìn)行a、利用光刻方法在表面氧化層厚度為300nm的N型硅片上面光刻出500μπιΧ500μπι 的方塊圖形。
b、顯影并刻蝕，選擇性的將方形圖形區(qū)域外的二氧化硅層刻蝕去除，制備出島嶼狀500 μ mX 500 μ m的方塊二氧化硅圖案。
C、進(jìn)行二次光刻，在島嶼狀500μπιΧ500μπι的方形二氧化硅圖案正中光刻出400 μ mX400 μ m的方塊電極圖形；d、通過(guò)磁控濺射或電子束沉積方法在方塊電極的圖形上制備出400 μ mX400 μ m的方塊電極，電極材料為Au。
e、采用“溶劑揮發(fā)法”，制備出方酸納米線。具體為首先配制出濃度為9mg/L的方酸的二氯甲烷溶液，然后取Iml溶液緩慢滴加到含有5ml水的2. 5cmX2. 5cm稱量瓶中(內(nèi)含磁子)，在溶劑揮發(fā)的同時(shí)進(jìn)行磁力攪拌。待溶劑揮發(fā)完畢，水的表面漂浮著方酸的納米線。將方酸納米線滴加到制備好的電極上面。且在顯微鏡的幫助下，挑選出能夠準(zhǔn)確搭在金電極和N型硅電極上之間的方酸單根納米線。
f、利用Keithley 4200-SCS測(cè)量不同環(huán)境下(暗場(chǎng)、白光、控溫、真空)方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的伏安特性。如圖3所示，SQ在白光下有光響應(yīng)，其在白光下的開(kāi)啟電壓(5. 3V)明顯小于暗場(chǎng)的開(kāi)啟電壓(6. 3V)。如圖4所示，控溫環(huán)境下，器件依舊顯示整流信號(hào)，且隨著溫度的降低，電流在變小。這是因?yàn)殡S著溫度的降低，SQ載流子的活性在降低。如圖5所示，真空環(huán)境下的電流要高于常壓，這是由于抽真空時(shí)帶走了水汽， SQ載流子更易流通所致。
g、利用Keithley 4200-SCS測(cè)量當(dāng)電壓固定為7V，且測(cè)量環(huán)境周期性變換(暗場(chǎng)和白光)的情況下，方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的電流-時(shí)間曲線。如圖3 所示，SQ在白光下光響應(yīng)迅速。
h、采用-7V-7V的電壓和波長(zhǎng)為450nm、500nm、550nm的單色光，分別測(cè)試方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的伏安特性。如圖6所示，在電壓為-7V時(shí)，光電流與暗電流的比值高達(dá)3. 89 XlO40
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于所述探測(cè)器自上而下依次由方酸單根納米線(1)、金電極(2)、絕緣襯底(3)、N型硅(4)迭置而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于 所述方酸單根納米線(1)中的方酸為2，4-bis[4-(N，N-dimethylamino)phenyl]squaraine， 是一種具有較強(qiáng)光電導(dǎo)性的有機(jī)小分子材料，其分子式是C2tlH2tlO2,結(jié)構(gòu)式是
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于 所述金電極(2)的尺寸為400 μ mX400 μ m，厚度為50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于 所述絕緣襯底(3)為厚度為300nm的二氧化硅。
5.方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行a、利用光刻方法在表面氧化層厚度為300nm的N型硅片上面光刻出500μπιΧ500μπι 的方塊圖形；b、顯影并刻蝕，選擇性的將方形圖形區(qū)域外的二氧化硅層刻蝕去除，制備出島嶼狀 500 μ mX 500 μ m的方塊二氧化硅圖案；c、進(jìn)行二次光亥lj，在島嶼狀500μπιΧ500μπι的方形二氧化硅圖案正中光刻出 400 μ mX400 μ m的方塊電極圖形；d、通過(guò)磁控濺射或電子束沉積方法在方塊電極的圖形上制備出400μ mX400 μ m的方塊電極，電極材料為Au ；e、采用“溶劑揮發(fā)法”，制備出方酸單根納米線，并滴加到制備好的電極上面，在顯微鏡的幫助下，挑選出能夠準(zhǔn)確搭在N型硅和金電極之間的方酸單根納米線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了方酸單根納米線和N型硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及其制備方法，所述探測(cè)器自上而下依次由方酸單根納米線、金電極、絕緣襯底、N型硅迭置而成，當(dāng)在兩電極之間搭上方酸的單根納米線時(shí)，則構(gòu)筑出異質(zhì)結(jié)器件，其中N型硅既為電極又為異質(zhì)結(jié)中的N型材料；該器件在暗場(chǎng)、亮場(chǎng)、控溫、真空環(huán)境下均顯示出明顯的整流信號(hào)，然而當(dāng)以一定波長(zhǎng)范圍的單色光照射且施以負(fù)壓時(shí)，出現(xiàn)反向電導(dǎo)增強(qiáng)的現(xiàn)象，原因是光照使得SQ的載流子濃度升高，p-n結(jié)變薄，當(dāng)施加反向偏壓的時(shí)候，載流子更容易隧穿過(guò)結(jié)區(qū)，出現(xiàn)反向電導(dǎo)升高的現(xiàn)象。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，成本低，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L51/42GK102544379SQ20121004199
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者張玉萍, 張秀娟, 秦建麗 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)