一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的TiO₂薄膜紫外探測器及其制備方法

一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的TiO₂薄膜紫外探測器及其制備方法
【專利摘要】一種基于多晶面Ir?Pd納米粒子體系摻雜的TiO2薄膜紫外探測器及其制備方法，屬于半導體紫外光電探測技術領域。按紫外光線入射方向，從下至上依次為：石英片襯底、多晶面Ir?Pd納米粒子體系摻雜的TiO2薄膜、通過磁控濺射方法制備的Au叉指電極。多晶面Ir?Pd納米粒子體系摻雜的TiO2薄膜的厚度為80～110nm；在該薄膜中，Ti與Ir的摩爾比為1：0.0005～0.002，Ti與Pd的摩爾比為1：0.0005～0.002，Ir?Pd納米粒子體系中的Ir納米粒子和Pd納米粒子均為多晶面結構。制作多晶面Ir?Pd納米粒子體系摻雜的TiO2薄膜材料，可以在Ir，Pd納米粒子和TiO2三種材料優良性質的基礎之上，通過調節摻雜Ir，Pd納米粒子的量，更好的提升復合材料性能，從而提高器件在紫外探測領域的能力，使新型紫外探測器具有廣闊的應用前景。
【專利說明】
一種基于多晶面I r-Pd納米粒子體系摻雜的Ti O2薄膜紫外探測器及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于半導體紫外光電探測技術領域，具體涉及一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們對大量信息處理傳輸需求的不斷提升，以及對光電子信息技術與光電子集成電路的不斷研究，紫外光的研究再一次激發了人們的興趣。在無機寬禁帶半導體材料廣泛使用以前，紫外探測多采用光電倍增管或硅基光電二極管器件，而這些器件具有價格昂貴、工作電壓高、體積大、需要濾光設備等明顯缺點。而如今在制作紫外探測器的無機材料中，T12具有價格低廉、良好的物理和化學穩定性、良好的光電特性等優點。但通過實驗研究，人們發現用T12這種單一材料制作的紫外探測器件性能仍存在許多不足，比如光響應度偏低。于是，人們開始關注復合材料在紫外探測器制備中的實際應用。
[0003]以往人們常用單種金屬納米粒子進行摻雜。這種方法在提高器件性能方會有一定的效果，但并不足夠顯著。

【發明內容】

[0004]本發明目的是提供一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器及該探測器的制備方法:以石英片作為襯底，采用溶膠凝膠的成膜方法，以Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜作為感光層制備紫外光探測器。此方法簡單易行，器件性能優良。
[0005]為實現上述目的，本發明提供了一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器，其特征在于:按紫外光線入射方向，從下至上依次為:石英片襯底、多晶面I r-Pd納米粒子體系摻雜的T i 02薄膜、通過磁控派射方法制備的Au叉指電極。
[0006]其中，石英片襯底厚度為0.5?1.5mm，多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜的厚度為80?IlOnm;在該薄膜中，Ti與Ir的摩爾比為1:0.0005?0.002，Ti與Pd的摩爾比為1:0.0005?0.002，Ir-Pd納米粒子體系中的Ir納米粒子和Pd納米粒子均為多晶面結構;Au叉指電極的厚度為100?150nm，Au叉指電極的指長度、指間距、指寬度分別為0.8?1.2mm、5?30μπι、5?30μπιο
[0007]本發明所述的一種多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其步驟如下:
[0008](I)襯底的清潔處理
[0009]將石英片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗10?15分鐘，然后氮氣吹干。
[0010](2)多晶面Ir納米粒子制備
[0011 ] 在氮氣保護下，將0.25?0.35mmol三氯化銥和I?3mmol醋酸鈉加入到70?80mL丙二醇中，于150?180°C的油浴條件下劇烈攪拌回流I?2小時;冷卻后，向混合溶液中加入40?60mL甲苯及40?60mL、0.5?1.5mmol/L的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶液作為反應的表面活性劑，在60?100°C水浴、100?150W超聲條件下攪拌0.5?1.5小時；水浴超聲攪拌結束后收集甲苯層，加壓旋干;產物依次用甲醇、去離子水離心清洗3?5次，干燥后得到多晶面的Ir納米粒子；
[0012](3)多晶面Pd納米粒子制備
[0013]在氮氣的保護下，將20?30mL、0.8?1.2mmol/L的PdCl2溶液加入到40?60mL、0.5?1.5mmol/L的作為反應的表面活性劑的PVP溶液中，常溫下攪拌30?50min后，再向混合溶液中快速注射5?15mL、10?20mmol/L的NaBH4溶液，注射時間控制在5s以內；在80?90°C水浴條件下繼續攪拌I?3h后，得到含有Pd納米粒子的溶液;最后依次用氯仿、乙醇溶液循環離心清洗2?4次，干燥后得到多晶面的Pd納米粒子；
[0014](4)多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜的制備
[0015]將制備好的多晶面Ir納米粒子和多晶面Pd納米粒子，按Ti與Ir的摩爾比為1:
0.0005?0.002，Ti與Pd的摩爾比為1:0.0005?0.002的比例摻入T12溶膠中，常溫下攪拌3?6小時，然后靜置6?12小時;將靜置后的含Ir-Pd納米粒子體系的T12溶膠涂在清潔處理后的石英片襯底上，用旋涂的方法使其形成溶膠薄膜，旋涂的轉速為1500?3000轉/分鐘，旋涂的時間為20?30秒;完成后再在80?120°C條件下烘干10?15分鐘，取出襯底并冷卻后，重復旋涂和烘干步驟4?6次，以達到所需要的薄膜厚度;最后將薄膜連同石英片襯底在80?100°C條件下烘干10?15分鐘，自然降溫冷卻后，最終在石英片襯底上得到多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜。
[0016](5)基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜的紫外探測器的制備
[0017]首先采用旋涂、光刻、顯影等技術在多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面形成具有鏤空叉指狀窗口的光刻膠薄膜，然后采用磁控濺射技術制備金屬電極，最后清潔薄膜表面，從而完成器件的制備。
[0018]其中步驟(4)中，T12溶膠是在氮氣氛圍保護條件下，將5?1mL鈦酸異丙酯、15?30mL2-甲氧基乙醇和I?5mL乙醇胺混合后于室溫條件下攪拌I?2小時，分別于70?90 °C下加熱I?2小時，100?130°C下加熱I?2小時;冷卻至室溫后，再向上述混合溶液中加入5?15mL甲醇，從而得到T12溶膠。
[0019]該方法優點在于，可實現在無需高溫加熱退火的條件下，直接低溫烘干成膜，易于操作，成膜性好。
[0020]其中步驟(5)中，在制備好的多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面旋涂正型BP212光刻膠，旋涂的轉速為1500?2500轉/分，旋涂的時間為15?30秒;然后在80?100°C下前烘10?20分鐘，再選擇與叉指電極結構互補的掩模板(即在叉指電極對應的位置為透光區域，而在其余區域為遮光區域)，對光刻膠進行曝光70?90秒，再經30?40秒顯影后去除掉曝光區域的光刻膠(顯影液為BP212光刻膠顯影液與去離子水1:1?2體積比混合而成)，最后在100?120°C下堅膜10?15分鐘，從而在多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面得到與叉指電極結構相同的鏤空光刻膠層，即在該光刻膠層上露出的多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面具有與需要制備的叉指電極相同的結構;叉指的長度為0.8?1.2mm，寬度為5?30μηι，間距為5?30μηι。
[0021 ]采用磁控濺射技術制備叉指電極。在磁控濺射真空室內，抽真空至5.0 X 10—3?7.0X 10—3Pa，通入氬氣，流量為20?30sccm(標準毫升/分鐘)；調整真空室氣壓在0.5?1.0Pa;施加8?1V的偏壓，選擇合適的濺射功率(60?120W)和濺射時間(4?8分鐘)，完成Au薄膜濺射。
[0022]將濺射好電極的石英片襯底放入丙酮中超聲10?30秒，未曝光的光刻膠連同其上層的金屬層被剝離，從而留下叉指結構的金電極層;洗去丙酮并吹干，器件制作完成。
[0023]當Ir-Pd納米粒子體系摻入T12薄膜后，將和入射光產生等離子體共振效應，使光子被束縛在薄膜材料表面，提高器件的光響應。由于紫外光波長遠大于Ir、Pd納米粒子的直徑，因此入射光線會在材料內部產生瑞利散射，增加薄膜內光程。同時，由于Ir、Pd納米粒子的尺寸不同，因此會對波長范圍更廣的紫外光產生瑞利散射效應，從而更有效的提高光吸收。另外，Pd納米粒子直徑在5?15nm之間，由于其尺寸較小，量子尺寸效應明顯，導致金屬費米能級附近的電子能級由準連續變為離散，因此可以提升光電流。同時，Ir納米粒子具有較高的表面活性。該性能會促進器件內光生載流子的傳輸，提高載流子的平均壽命。因此在這種Ir-Pd納米粒子體系下，器件的整體性能得以提高。
[0024]制作多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的Ti02薄膜材料，可以在Ir，Pd納米粒子和T12三種材料優良性質的基礎之上，通過調節摻雜Ir，Pd納米粒子的量，更好的提升復合材料性能，從而提高器件在紫外探測領域的能力，使新型紫外探測器具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0025]圖1:本發明所涉及器件的結構示意圖；
[0026]圖2:本發明所涉及器件(Ir納米粒子質量為0g，Pd納米粒子質量為0g，即不含有Ir和Pd納米粒子)的電流電壓特性曲線。
[0027]圖3:本發明所涉及器件(多晶面Ir納米粒子質量為0.0035g，Pd納米粒子質量為
0.002g)的電流電壓特性曲線。
[0028]圖4:本發明所涉及器件(多晶面Ir納米粒子質量為0.007g，Pd納米粒子質量為
0.004g)的電流電壓特性曲線。
[0029]圖5:本發明所涉及器件(多晶面Ir納米粒子質量為0.014g，Pd納米粒子質量為
0.008g)的電流電壓特性曲線。
[0030]如圖1所示，波長為310nm紫外光4從石英片背面入射，照射到純T12薄膜層或Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜層，產生光電流;各部件名稱為:石英片襯底I，純T12薄膜或Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜2，叉指金電極3。
[0031]如圖2所示，是器件的電流-電壓特性曲線。器件中Ir、Pd納米粒子質量均為0g，SP器件不含有Ir、Pd納米粒子時，在6V偏壓下，該器件的光電流為7.49μΑ，暗電流為6.13ηΑ，光暗電流比為1.22 X 103。
[0032]如圖3所示，是器件的電流-電壓特性曲線。取T12溶膠10mL，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.0005，Ti與Pd的摩爾比為1:0.0005添加納米粒子。則器件中Ir納米粒子質量為
0.00358，？(1納米粒子質量為0.0028時，在6￥偏壓下，該器件的光電流為21.仏4，暗電流為2.31^，光暗電流比為9.17父103。
[0033]如圖4所示，是器件的電流-電壓特性曲線。取T12溶膠10mL，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.001，Ti與Pd的摩爾比為1:0.001添加納米粒子。則器件中Ir納米粒子質量為0.007g，Pd納米粒子質量為0.004g時，在6V偏壓下，該器件的光電流為86.23μΑ，暗電流為2.11nA，光暗電流比為4.08X104。
[0034]如圖5所示，是器件的電流-電壓特性曲線。取T12溶膠10mL，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.002，Ti與Pd的摩爾比為1:0.002添加納米粒子。則器件中Ir納米粒子質量為0.014g，Pd納米粒子質量為0.008g時，在6V偏壓下，該器件的光電流為12.31μΑ，暗電流為0.37ηΑ，光暗電流比為8.92 XlO3。
【具體實施方式】
[0035]實施例1
[0036]將石英片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗10分鐘，然后氮氣吹干。
[0037]在氮氣氛圍保護中，向三頸燒瓶中分別加入5mL鈦酸異丙酯，20mL2_甲氧基乙醇和2mL乙醇胺。室溫條件下攪拌I小時后，分別在80 °C加熱I小時，120 °C加熱I小時。冷卻至室溫后，向溶液中加入1mL甲醇，最終得到T12溶膠。
[0038]將配好的溶膠涂在清潔處理后的石英襯底上，用旋涂的方法使其形成溶膠薄膜。旋涂的轉速3000轉/分鐘，時間20秒。完成后放入烘箱，90 0C加熱烘干10分鐘。取出襯底并冷卻后，重復旋涂和烘干的步驟5次，以達到所需要的薄膜厚度(10nm)。最后將薄膜連同石英襯底在90°C條件下烘干10分鐘，自然降溫冷卻后，最終在石英襯底上得到純T12薄膜。
[0039]在制備好的薄膜表面旋涂正型BP212光刻膠，旋涂轉速2000轉/分，時間20秒;在90°C下前烘10分鐘后，選擇與叉指電極結構互補的掩模板對光刻膠進行曝光80秒，再經35秒顯影后去除掉曝光的光刻膠(顯影液為BP212光刻膠顯影液與去離子水1:1體積比混合而成)，最后在120°C溫度下堅膜15分鐘，最終在T12薄膜表面得到具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層，即在該光刻膠層上露出的T12薄膜具有與叉指電極相同的結構;叉指的長度為1mm，寬度為15μηι，間距為20μηι。
[0040]采用磁控濺射技術制備金屬電極。將帶有薄膜、具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層的石英襯底放入磁控派射真空室內。革G材安裝完成后，抽真空至5.0X 10—3Pa，通入氬氣，流量為25SCCm(標準毫升/分鐘)；調整真空室氣壓在0.7Pa;施加8V偏壓，濺射功率80W，濺射7分鐘，完成Au薄膜濺射。
[0041]將濺射好的石英片放入適量丙酮中超聲15秒，未曝光的光刻膠連同其上層的金屬層被剝離，從而留下叉指結構的金電極層。洗去丙酮并吹干，器件制作完成。結構如圖1所不O
[0042]不含有Ir-Pd納米粒子體系摻雜的器件制作完成后，對該器件進行光電特性測試。在暗室中測量器件的暗電流，如圖2可知器件在6V偏壓下的暗電流為6.13nA。測試光電流時，使用30W紫外光源和單色儀分出光強為120yW/cm2的310nm紫外光照射到器件上，測得6V偏壓下的光電流為7.49μΑ，器件在6V時的光暗電流比為1.22 X 13。
[0043]實施例2
[0044]將石英片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗10分鐘，然后氮氣吹干。
[0045]在氮氣氛圍保護中，向三頸燒瓶中分別加入，5mL鈦酸異丙酯，20mL2-甲氧基乙醇和2mL乙醇胺。室溫條件下攪拌I小時后，分別由80 0C加熱I小時，120 °C加熱I小時。冷卻至室溫后，向溶液中加入1mL甲醇，最終得到T12溶膠。
[0046]Ir納米顆粒反應在氮氣保護下進行。將0.28mmol的三氯化銥和2mmol的醋酸鈉加到兩口圓底燒瓶中，再加入80mL的丙二醇，于160 °C的油浴鍋中劇烈攪拌回流I小時。冷卻后，向混合溶液中加入50mL甲苯及50mL濃度為0.9mmol/L的PVP溶液作為反應的表面活性劑。在80 0C的水浴下，用120W的超聲條件繼續攪拌I小時。水浴超聲攪拌結束后，加壓旋干。分別用甲醇，去離子水循環離心清洗三次。干燥后，得到含有多晶面的Ir納米粒子。
[0047]Pd納米粒子反應在氮氣的保護下進行。在兩口燒瓶中加入25mL濃度為0.9mmol/L的PdCl2溶液，而后加入50mL濃度為0.9mmol/L的PVP溶液作為反應的表面活性劑。常溫下攪拌30min后，再向混合溶液中快速注射1mL濃度為151^01/1的他8!14溶液，注射時間控制在5s以內。在80度水域條件下繼續攪拌Ih后，得到含有Pd納米粒子的溶液。最后依次用氯仿，乙醇溶液循環離心清洗兩次，干燥后得到多晶面的Pd納米粒子。
[0048]取T12溶膠10mL，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.0005，Ti與Pd的摩爾比為1:0.0005，在其中加入Ir納米粒子0.0035g，Pd納米粒子0.002g。室溫下攪拌6小時，然后自然靜置6小時。
[0049]將配好的Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12溶膠涂在清潔處理后的石英襯底上，用旋涂的方法使其形成溶膠薄膜。旋涂的轉速3000轉/分鐘，時間20秒。完成后放入烘箱，90 0C加熱烘干10分鐘。取出襯底并冷卻后，重復旋涂和烘干的步驟5次，以達到所需要的薄膜厚度(10nm)。最后將薄膜連同石英襯底在90°C條件下烘干10分鐘，自然降溫冷卻后，最終在石英襯底上得到Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜。
[0050]在制備好的薄膜表面旋涂正型BP212光刻膠，旋涂轉速2000轉/分，時間20秒;在90°C下前烘10分鐘后，選擇與叉指電極結構互補的掩模板對光刻膠進行曝光80秒，再經35秒顯影后去除掉曝光的光刻膠(顯影液為BP212光刻膠顯影液與去離子水1:1體積比混合而成)，最后在120 °C溫度下堅膜15分鐘，最終在Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜表面得到具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層，即在該光刻膠層上露出的在Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜具有與叉指電極相同的結構;叉指的長度為1mm，寬度為15μπι，間距為20μmD
[0051]采用磁控濺射技術制備金屬電極。將帶有薄膜、具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層的石英襯底放入磁控派射真空室內。革G材安裝完成后，抽真空至5.0X 10—3Pa，通入氬氣，流量為25SCCm(標準毫升/分鐘)；調整真空室氣壓在0.7Pa;施加8V偏壓，濺射功率80W，濺射7分鐘，完成Au薄膜濺射。
[0052]將濺射好的石英片放入適量丙酮中超聲15秒，未曝光的光刻膠連同其上層的金屬層被剝離，從而留下叉指結構的金電極層。洗去丙酮并吹干，器件制作完成。結構如圖1所不O
[0053]含有Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12器件制作完成后，對該器件進行光電特性測試。在暗室中測量器件的暗電流，如圖3，可知器件在6V偏壓下的暗電流為2.3nA。測試光電流時，使用30W紫外光源和單色儀分出光強為120yW/cm2的310nm紫外光照射到器件上，測得6V偏壓下的光電流為21.ΙμΑ，器件在6V時的光暗電流比為9.17 X 103。該器件的光電性能與無Ir-Pd納米粒子體系摻雜的器件相比有了的提升。
[0054]實施例3
[0055]將石英片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗10分鐘，然后氮氣吹干。
[0056]在氮氣氛圍保護中，向三頸燒瓶中分別加入，5mL鈦酸異丙酯，20mL2-甲氧基乙醇和2mL乙醇胺。室溫條件下攪拌I小時后，分別由80 0C加熱I小時，120 °C加熱I小時。冷卻至室溫后，向溶液中加入1mL甲醇，最終得到T12溶膠。
[0057]Ir納米顆粒反應在氮氣保護下進行。將0.28mmol的三氯化銥和2mmol的醋酸鈉加到兩口圓底燒瓶中，再加入80mL的丙二醇，于160 °C的油浴鍋中劇烈攪拌回流I小時。冷卻后，向混合溶液中加入50mL甲苯及50mL濃度為0.9mmol/L的PVP溶液作為反應的表面活性劑。在80 0C的水浴下，用120W的超聲條件繼續攪拌I小時。水浴超聲攪拌結束后，加壓旋干。分別用甲醇，去離子水循環離心清洗三次。干燥后，得到含有多晶面的Ir納米粒子。
[0058]Pd納米粒子反應在氮氣的保護下進行。在兩口燒瓶中加入25mL濃度為0.9mmol/L的PdCl2溶液，而后加入50mL濃度為0.9mmol/L的PVP溶液作為反應的表面活性劑。常溫下攪拌30min后，再向混合溶液中快速注射1mL濃度為151^01/1的他8!14溶液，注射時間控制在5s以內。在80度水域條件下繼續攪拌Ih后，得到含有Pd納米粒子的溶液。最后依次用氯仿，乙醇溶液循環離心清洗兩次，干燥后得到多晶面的Pd納米粒子。
[0059]取T12溶膠10mL，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.001，Ti與Pd的摩爾比為1:0.001，在其中加入Ir納米粒子0.007g，Pd納米粒子0.004g。室溫下攪拌6小時，然后自然靜置6小時。
[0060]將配好的Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12溶膠涂在清潔處理后的石英襯底上，用旋涂的方法使其形成溶膠薄膜。旋涂的轉速3000轉/分鐘，時間20秒。完成后放入烘箱，90 0C加熱烘干10分鐘。取出襯底并冷卻后，重復旋涂和烘干的步驟5次，以達到所需要的薄膜厚度(10nm)。最后將薄膜連同石英襯底在90°C條件下烘干10分鐘，自然降溫冷卻后，最終在石英襯底上得到Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜。
[0061 ]在制備好的薄膜表面旋涂正型BP212光刻膠，旋涂轉速2000轉/分，時間20秒;在90°C下前烘10分鐘后，選擇與叉指電極結構互補的掩模板對光刻膠進行曝光80秒，再經35秒顯影后去除掉曝光的光刻膠(顯影液為BP212光刻膠顯影液與去離子水1:1體積比混合而成)，最后在120 °C溫度下堅膜15分鐘，最終在Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜表面得到具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層，即在該光刻膠層上露出的Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜具有與叉指電極相同的結構;叉指的長度為1mm，寬度為15μπι，間距為20μπι。
[0062]采用磁控濺射技術制備金屬電極。將帶有薄膜、具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層的石英襯底放入磁控濺射真空室內。靶材安裝完成后，抽真空至5.0 XlO-3Pa，通入氬氣，流量為25SCCm(標準毫升/分鐘)；調整真空室氣壓在0.7Pa;施加8V偏壓，濺射功率80W，濺射7分鐘，完成Au薄膜濺射。
[0063]將濺射好的石英片放入適量丙酮中超聲15秒，未曝光的光刻膠連同其上層的金屬層被剝離，從而留下叉指結構的金電極層。洗去丙酮并吹干，器件制作完成。結構如圖1所不O
[0064]含有Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12器件制作完成后，對該器件進行光電特性測試。在暗室中測量器件的暗電流，如圖4，可知器件在6V偏壓下的暗電流為2.llnA。測試光電流時，使用30W紫外光源和單色儀分出光強為120yW/cm2的310nm紫外光照射到器件上，測得6V偏壓下的光電流為86.23μΑ，器件在6V時的光暗電流比為4.08 X 14。該器件的光電性能與無Ir-Pd納米粒子體系摻雜的器件相比有了大幅度的提升。
[0065]實施例4
[0066]將石英片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗10分鐘，然后氮氣吹干。
[0067]在氮氣氛圍保護中，向三頸燒瓶中分別加入，5mL鈦酸異丙酯，20mL2_甲氧基乙醇和2mL乙醇胺。室溫條件下攪拌I小時后，分別由80 0C加熱I小時，120 °C加熱I小時。冷卻至室溫后，向溶液中加入1mL甲醇，最終得到T12溶膠。
[0068]Ir納米顆粒反應在氮氣保護下進行。將0.28mmol的三氯化銥和2mmol的醋酸鈉加到兩口圓底燒瓶中，再加入80mL的丙二醇，于160 °C的油浴鍋中劇烈攪拌回流I小時。冷卻后，向混合溶液中加入50mL甲苯及50mL濃度為0.9mmol/L的PVP溶液作為反應的表面活性劑。在80 0C的水浴下，用120W的超聲條件繼續攪拌I小時。水浴超聲攪拌結束后，加壓旋干。分別用甲醇，去離子水循環離心清洗三次。干燥后，得到含有多晶面的Ir納米粒子。
[0069]Pd納米粒子反應在氮氣的保護下進行。在兩口燒瓶中加入25mL濃度為0.9mmol/L的PdCl2溶液，而后加入50mL濃度為0.9mmol/L的PVP溶液作為反應的表面活性劑。常溫下攪拌30min后，再向混合溶液中快速注射1mL濃度為151^01/1的他8!14溶液，注射時間控制在5s以內。在80度水域條件下繼續攪拌Ih后，得到含有Pd納米粒子的溶液。最后依次用氯仿，乙醇溶液循環離心清洗兩次，干燥后得到多晶面的Pd納米粒子。
[0070]取T12溶膠10mL，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.002，Ti與Pd的摩爾比為1:0.002，在其中加入Ir納米粒子0.014g，Pd納米粒子0.008g。室溫下攪拌6小時，然后自然靜置6小時。
[0071]將配好的Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12溶膠涂在清潔處理后的石英襯底上，用旋涂的方法使其形成溶膠薄膜。旋涂的轉速3000轉/分鐘，時間20秒。完成后放入烘箱，90 0C加熱烘干10分鐘。取出襯底并冷卻后，重復旋涂和烘干的步驟5次，以達到所需要的薄膜厚度(10nm)。最后將薄膜連同石英襯底在90°C條件下烘干10分鐘，自然降溫冷卻后，最終在石英襯底上得到Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜。
[0072]在制備好的薄膜表面旋涂正型BP212光刻膠，旋涂轉速2000轉/分，時間20秒;在90°C下前烘10分鐘后，選擇與叉指電極結構互補的掩模板對光刻膠進行曝光80秒，再經35秒顯影后去除掉曝光的光刻膠(顯影液為BP212光刻膠顯影液與去離子水1:1體積比混合而成)，最后在120 °C溫度下堅膜15分鐘，最終在Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜表面得到具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層，即在該光刻膠層上露出的在Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12薄膜具有與叉指電極相同的結構;叉指的長度為1mm，寬度為15μπι，間距為20μmD
[0073]采用磁控濺射技術制備金屬電極。將帶有薄膜、具有與叉指電極結構相同鏤空區域的光刻膠層的石英襯底放入磁控派射真空室內。革G材安裝完成后，抽真空至5.0X 10—3Pa，通入氬氣，流量為25SCCm(標準毫升/分鐘)；調整真空室氣壓在0.7Pa;施加8V偏壓，濺射功率80W，濺射7分鐘，完成Au薄膜濺射。
[0074]將濺射好的石英片放入適量丙酮中超聲15秒，未曝光的光刻膠連同其上層的金屬層被剝離，從而留下叉指結構的金電極層。洗去丙酮并吹干，器件制作完成。結構如圖1所不O
[0075]含有Ir-Pd納米粒子體系摻雜T12器件制作完成后，為對該器件進行光電特性測試。在暗室中測量器件的暗電流，如圖5，可知器件在6V偏壓下的暗電流為0.37nA。測試光電流時，使用30W紫外光源和單色儀分出光強為120yW/cm2的310nm紫外光照射到器件上，測得6V偏壓下的光電流為12.3ΙμΑ，器件在6V時的光暗電流比為8.92 X 13。
[0076]含有0.0035g Ir和0.002g Pd納米粒子的器件，及與含有0.0014g Ir和0.008g Pd納米粒子的器件，與不含Ir-Pd納米粒子體系的器件相比，性能有所提升，但與含有0.007gIr和0.004g Pd納米粒子的器件相比，性能均有所下降。由此可知，選擇合適的多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜質量，可以得到性能更優的器件。
【主權項】
1.一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器，其特征在于:按紫外光線入射方向，從下至上依次為:石英片襯底、多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的Ti02薄膜、通過磁控濺射方法制備的Au叉指電極;多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜的厚度為80?I 1nm;在該薄膜中，Ti與Ir的摩爾比為1:0.0005?0.002，Ti與Pd的摩爾比為1:0.0005?0.002，且Ir-Pd納米粒子體系中的Ir納米粒子和Pd納米粒子均為多晶面結構。2.一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器，其特征在于:石英片襯底厚度為0.5?1.5mm，Au叉指電極的厚度為100?150nm，Au叉指電極的指長度、指間距、指寬度分別為0.8?I.2mm、5?30ym、5?30ym。3.權利要求1所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其步驟如下: (1)多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜的制備 將多晶面Ir納米粒子和多晶面Pd納米粒子，按Ti與Ir的摩爾比為1:0.0005?0.002，Ti與Pd的摩爾比為1:0.0005?0.002的比例摻入T12溶膠中，常溫下攪拌3?6小時，然后靜置6?12小時；將靜置后的含Ir-Pd納米粒子體系的T12溶膠涂在清潔處理后的石英片襯底上，用旋涂的方法使其形成溶膠薄膜，旋涂的轉速為1500?3000轉/分鐘，旋涂的時間為20?30秒;完成后再在80?120°C條件下烘干10?15分鐘，取出襯底并冷卻后，重復旋涂和烘干步驟4?6次，以達到所需要的薄膜厚度;最后將薄膜連同石英片襯底在80?100°C條件下烘干10?15分鐘，自然降溫冷卻后，最終在石英片襯底上得到多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜； (2)基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜的紫外探測器的制備 首先采用旋涂、光刻、顯影等技術在多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面形成具有鏤空叉指狀窗口的光刻膠薄膜，然后采用磁控濺射技術制備金屬電極，最后清潔薄膜表面，從而完成器件的制備。4.如權利要求3所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于:襯底的清潔處理是將石英片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗10?15分鐘，然后氮氣吹干。5.如權利要求3所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于:是在氮氣保護下，將0.25?0.35mmol三氯化銥和I?3mmol醋酸鈉加入到70?80mL丙二醇中，于150?180°C的油浴條件下劇烈攪拌回流I?2小時;7令卻后，向混合溶液中加入40?60mL甲苯及40?60mL、0.5?1.5mmol/L的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶液作為反應的表面活性劑，在60?100 °C水浴、100?150W超聲條件下攪拌0.5?1.5小時;水浴超聲攪拌結束后收集甲苯層，加壓旋干;產物依次用甲醇、去離子水離心清洗3?5次，干燥后得到多晶面的Ir納米粒子。6.如權利要求3所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于:是在氮氣的保護下，將20?30mL、0.8?1.2mmol/L的PdCl2溶液加入到40?60mL、0.5?1.5mmol/L的作為反應的表面活性劑的PVP溶液中，常溫下攪拌30?50min后，再向混合溶液中快速注射5?15mL、10?20mmol/L的NaBH4溶液，注射時間控制在5s以內；在80?90°C水浴條件下繼續攪拌I?3h后，得到含有Pd納米粒子的溶液;最后依次用氯仿、乙醇溶液循環離心清洗2?4次，干燥后得到多晶面的Pd納米粒子。7.如權利要求3所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于:是在氮氣氛圍保護條件下，將5?1mL鈦酸異丙酯、15?30mL 2-甲氧基乙醇和I?5mL乙醇胺混合后于室溫條件下攪拌I?2小時，分別于70?90 °C下加熱I?2小時，100?130°C下加熱I?2小時;冷卻至室溫后，再向上述混合溶液中加入5?15mL甲醇，從而得到T12溶膠。8.如權利要求3所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于:是在制備好的多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面旋涂正型BP212光刻膠，旋涂的轉速為1500?2500轉/分，旋涂的時間為15?30秒;然后在80?100 °C下前烘10?20分鐘，再選擇與叉指電極結構互補的掩模板，對光刻膠進行曝光70?90秒，再經30?40秒顯影后去除掉曝光區域的光刻膠，最后在100?120°C下堅膜10?15分鐘，從而在多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面得到與叉指電極結構相同的鏤空光刻膠層，即在該光刻膠層上露出的多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜表面具有與需要制備的叉指電極相同的結構。9.如權利要求3所述的一種基于多晶面Ir-Pd納米粒子體系摻雜的T12薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于:是在磁控濺射真空室內，抽真空至5.0 X 10—3?7.0 X 10—3Pa，通入氬氣，流量為20?30sccm;調整真空室氣壓在0.5?1.0Pa;施加8?1V的偏壓，濺射功率60?120W和濺射時間4?8分鐘，完成Au薄膜濺射;再將濺射好電極的石英片襯底放入丙酮中超聲10?30秒，未曝光的光刻膠連同其上層的金屬層被剝離，從而留下叉指結構的金電極層;洗去丙酮并吹干，器件制作完成。
【文檔編號】H01L31/18GK106024966SQ201610363130
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】阮圣平, 徐睿良, 郭文濱, 沈亮, 董瑋, 溫善鵬, 周敬然, 劉彩霞, 陳川, 孫亮
【申請人】吉林大學