一种基于Ag纳米颗粒/ZnO结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法及其产品与流程

一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法及其产品
技术领域
1.本发明属于光电探测器领域，具体涉及一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法及其产品。


背景技术：

2.随着信息时代的发展，各类传感器件在物联网和人工智能中占据越来越重要的地位，多功能地集成传感器件成为各领域的研究重点。其中，光电传感器件可以将光信号转化为电信号，在生物医学成像，光通信，环境监控，军事，安全检查，夜视，科学研究和工业过程控制等领域具有广泛的应用。与面光源照射下引起的光纵向光伏响应不同，当各类半导体异质结或金属半导体结被非均匀光照射时，其表面会产生表面电压，且表面电压值会随着非均匀光源的照射位置变化而变化，这种表面电压值随非均匀光照位置变化的特性被称为侧向光伏效应。根据侧向光伏效应表面电压输出值与光源照射位置相关的特性，可用于光电位置灵敏探测。以此为响应机理的光电传感器件具有诸多优点，包括器件结构简单、位置分辨率高、响应速度较快、信号输出稳定且抗干扰能力极强、并能够对光强度进行监测等，适用于角度、位置、距离或其他可以转化为光斑位置的物理量的快速测定，在工业检测、监控、精准定位、自动聚焦、机器人传感、航空航天等领域具有广泛的应用价值。因此，研究具有高位置灵敏度侧向光伏效应的异质结构受到了研究及产业界的重点关注。
3.传统的研究中，主要通过选光电性能不同的复合材料，来提升侧向光伏效应的位置灵敏度。其中以氧化锌为代表的氧化物半导体，能够有效维持器件在各类环境中性能的稳定性，近年来被广泛研究。但氧化锌基半导体/硅基异质结表面的侧向光伏性能得到大幅提升的同时，也开始面临较多问题。作为吸收光子并产生载流子的有源层材料，硅基的吸覆盖了紫外到近红外的宽光谱范围。但由于在近红外波段低的光子激发能和较弱的光吸收特性，氧化锌基薄膜/硅基异质结表面的侧向光伏响应波段主要集中在紫外
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可见范围内（低于800nm 波长）。此外，硅基中较高的载流子复合效率和较低的光吸收选择性，极大影响了其在光电位置探测器中的进一步应用。之前研究中多以单一异质结为主要体系，通过掺杂改性等方式调控材料的光电性能，提高光生载流子的产生密度及弛豫时间从而提高侧位置灵敏度，对构建新型界面调控光吸收性能的关注较少。
4.基于上述原因，选择合适的金属纳米结构构建选择性吸收界面，调控氧化物材料的光电性能，在优化光电位置灵敏探测器件性能上具有重要的科学意义和工程应用意义。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法，充分利用金属纳米结构等离激元吸收提升光虏获材料性能的优势，采用不同的方法，在zno薄膜/硅异质结中以ag纳米颗粒材料构建选择性吸收界面，同时通过原子层沉积精准控制zno的厚度形成复合异质结，用于优化载流子的激发和输运过程从而提升侧向光
伏效应的位置灵敏度。该器件在波长为1064 nm近红外光照射下位置灵敏度达到130.93 mv/mm。此外，器件也表现出很好的响应稳定性。该器件构筑方法简单可控，重复性高，故具有明显的应用价值。
6.本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备得到的基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器产品。
7.本发明的目的通过以下方案实现：一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法，包括以下步骤：1）zno薄膜的制备：以硅基为衬底，采用原子层沉积技术 (ald)生长zno薄膜，以二乙基锌（dmz）和去离子水（h2o）作为反应前驱体，将高纯氮气以120~200 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为200℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的二乙基锌（dmz）0.1~0.3s，在衬底上发生化学吸附；然后氮气吹扫3~10s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入水蒸气1~2s，与衬底表面的二乙基锌发生反应，生成zno；最后等待氮气吹扫5~10s，清除剩余反应物和化学反应的副产物，控制循环数30~200，得到合适的zno薄膜的厚度；2)ag纳米颗粒的修饰：利用纯度为99.99%的银靶材，利用磁控溅射系统进行沉积，沉积条件为：本底气压为6
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4 pa，沉积气体为氩气，沉积过程中工作气压为0.8pa，直流电源的功率为20w；经台阶仪标定，该条件下的溅射速率为0.15nm/s, 通过沉积时间80~120s控制ag薄膜厚度，即ag颗粒大小，得到ag纳米颗粒/ zno/si样品；3）位置探测器器件的构筑：在所得的ag纳米颗粒/ zno/si样品表面通过压焊铟电极，涂布导电银胶、光刻au电极等方法制备电极，器件构筑完毕。
8.进一步的，将商业硅基先依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各15～30分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空60～80℃烘干得到需要的衬底，备用。最佳组合为清洗20分钟，清洗后真空烘干温度设定为60℃。
9.优选的，步骤1)中，高纯氮气以120~200 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为200℃。最佳组合为150sccm, 200℃。
10.优选的，步骤1)中，ald反应的循环设计为首先，通入气相的二乙基锌（dmz）0.1~0.3s，然后氮气吹扫3~10s，接着通入水蒸气1~2s，最后等待氮气吹扫5~10s，通过控制循环数30~200，得到合适的zno薄膜的厚度，最佳组合为通入气相的二乙基锌（dmz）0.1s，然后氮气吹扫5s，接着通入水蒸气1s，最后等待氮气吹扫5s。通过控制循环数50。
11.优选的，步骤2) 中在溅射速率为0.15nm/s下, 通过沉积时间范围为80~120s，以此控制ag薄膜厚度(颗粒大小)，最佳时间为100s。
12.步骤3）电极材料选用铟，银，金，最佳效果为压焊铟电极。
13.本发明提供一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器，根据上述任一所述方法制备得到。
14.与现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法及其产品，充分利用金属纳米结构等离激元吸收提升光虏获材料性能的优势，采用不同的
方法，在zno薄膜/硅异质结中以ag纳米颗粒材料构建选择性吸收界面，同时通过原子层沉积精准控制zno的厚度形成复合异质结，用于优化载流子的激发和输运过程从而提升侧向光伏效应的位置灵敏度。此外，器件也表现出很好的响应稳定性。该器件构筑方法简单可控，重复性高，故具有明显的应用价值。
附图说明
15.图1：实施案例器件1在不同处理下的侧向光伏响应曲线（光源波长：1064nm）。
具体实施方式
16.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
17.实施例1：一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器，按以下步骤构筑：1）首先将商用硅基底依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各20分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空60℃烘干得到需要的衬底，备用；2）zno薄膜的制备：以二乙基锌（dmz）和去离子水（h2o）作为反应前驱体，将高纯氮气以150 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为200℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的二乙基锌（dmz）0.1s，在衬底上发生化学吸附；然后氮气吹扫5s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入水蒸气1s，与衬底表面的二乙基锌发生反应，生成zno；最后等待氮气吹扫5s，清除剩余反应物和化学反应的副产物，设置控制循环数为50，得到合适的zno薄膜的厚度；3)ag纳米颗粒的修饰：利用纯度为99.99%的银靶材，利用磁控溅射系统进行沉积，沉积条件为：本底气压为6
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4 pa，沉积气体为氩气，沉积过程中工作气压为0.8pa，直流电源的功率为20w；溅射速率为0.15nm/s，沉积时间控制为100s，得到ag纳米颗粒/ zno/si样品；4）位置探测器器件的构筑：给样品表面压焊铟电极，器件构筑完毕。
18.附图为实施例器件1在不同处理下的侧向光伏响应曲线（光源波长：1064nm）。
19.实施例2：一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器，与实施例1步骤近似，按以下步骤构筑：1）首先将商用硅基底依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各15分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空60℃烘干得到需要的衬底，备用；2）zno薄膜的制备：以二乙基锌（dmz）和去离子水（h2o）作为反应前驱体，将高纯氮气以120 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为200℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的二乙基锌（dmz）0.2s，在衬底上发生化学吸附；然后，氮气吹扫3s，将反应过后的剩余反
应物吹扫干净；接着通入水蒸气1.5s，与衬底表面的二乙基锌发生反应，生成zno；最后，等待氮气吹扫8s，清除剩余反应物和化学反应的副产物；设置控制循环数为30，得到合适的zno薄膜的厚度；接着，3）ag纳米颗粒的修饰：利用纯度为99.99%的银靶材，利用磁控溅射系统进行沉积；沉积条件为：本底气压为6
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4 pa，沉积气体为氩气，沉积过程中工作气压为0.8pa，直流电源的功率为20w；沉积时间控制为120s得样品；最后，4）位置探测器器件的构筑：给样品表面通过涂布导电银胶的方法制作电极，器件构筑完毕。
20.实施例3：一种基于ag纳米颗粒/ zno结构的高灵敏度位置探测器，与实施例1步骤近似，按以下步骤构筑：1）首先将商用硅基底依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各30分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空80℃烘干得到需要的衬底，备用；2 ）zno薄膜的制备：以二乙基锌（dmz）和去离子水（h2o）作为反应前驱体，将高纯氮气以200 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为200℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的二乙基锌（dmz）0.3s，在衬底上发生化学吸附；然后，氮气吹扫10s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入水蒸气2s，与衬底表面的二乙基锌发生反应，生成zno；最后，等待氮气吹扫10s，清除剩余反应物和化学反应的副产物；设置控制循环数为200，得到合适的zno薄膜的厚度；接着，3）ag纳米颗粒的修饰：利用纯度为99.99%的银靶材，利用磁控溅射系统进行沉积；沉积条件为：本底气压为6
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4 pa，沉积气体为氩气，沉积过程中工作气压为0.8pa，直流电源的功率为20w；沉积时间控制为80s，得样品；最后，4）位置探测器器件的构筑：给样品表面压焊铟电极，器件构筑完毕。最后给样品表面通过光刻au电极的方法制作电极，器件构筑完毕。