专利名称：基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光或气体探测器，尤其是涉及一种基于无机半导体单晶网络结构的探测器。
背景技术：
半导体传感器是指采用半导体材料作为敏感元件的探测器件。其中，气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体敏感材料接触气体时，通过测量半导体的电阻的变化即可实现对于待检测气体的成分或浓度的检测。气敏传感器主要应用于易燃、易爆、有毒等有害气体的监测、预报和自动控制。半导体光探测器是利用半导体材料的光电效应来接收和探测光信号的器件。与半导体气敏传感器类似，当半导体敏感材料受到光照辐射时，通过测量半导体的电阻的变化即可实现对待检测光的波长或强度的检测。半导体光探测器可广泛用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。传统的探测器中作为敏感元件的无机半导体多采用多晶或非晶薄膜以及多晶网络结构。这两种结构都有其显著的缺点，薄膜型无机半导体敏感元件比表面积较�。嗑缧臀藁氲继迕舾性淙槐缺砻婊洗螅嬖诮隙嗟娜毕�。这些原因导致半导体传感器的分辨率偏低且响应时间较长。
发明内容
本发明的目的是提供基于无机半导体单晶网络结构的光和气体探测器，以具有高灵敏度、快速响应特性。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器，所述的探测器包括敏感元件层、源电极和漏电极，所述敏感元件层由无机半导体单晶网络结构组成。上述技术方案中，所述的无机半导体选自S1、Ge、SiC、AlP、AlAs、AlSb、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe, SnTe, PbS、PbSe、PbTe、AsS、AsSe、AsTe、SbS、SbSe、SbTe, ZnO, CdO, TiO2, SnO、Cu2O,NiO、CoO、FeO、Cr2O3,或者其中任意组合的半导体的固溶体。上述技术方案中，所述的探测器的探敏感元件层为完整的无机半导体单晶网络结构。而不是多个无机半导体单晶网络的混合物。上述技术方案中，所述的源、漏电极的材质是金、银、铜、PED0T:PSS聚合物材料中的一种。本发明的无机半导体单晶网络结构的构造方法可以是但不仅限于无机单晶半导体片的选择性腐蚀、无机半导体颗粒的自组装以及无机半导体的单晶前躯体的进一步化学
处理等。根据所用的无机半导体材料的不同，制备的光探测器所探测光的波长范围为100 lOOOOOnm。根据所用的无机半导体材料的不同，制备的气体探测器所探测的气体包括氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、硫化氢、氯化氢、一氧化氮、二氧化氮、氨气以及水、甲醇、乙醇、丙酮、甲醛、乙醛、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和乙醚等蒸汽。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
本发明的敏感元件层采用单晶网络结构，可以保证作为探测层的半导体材料拥有巨大的比表面积，增大了其与光或气体的作用位点；同时，单晶网络结构能够显著降低缺陷的数量，提高电子的输运特性；因此，本发明可以显著提高探测器的灵敏度，缩短响应时间，提高探测效率。
图1为本发明实施例1的Zna5Pba5Se单晶网络结构纳米带的透射电子显微镜照片及其选区电子衍射照片。图2为本发明实施例1的Zna5Pba5Se单晶网络结构纳米带的选区电子衍射照片。图3为本发明实施例1的基于单根Zna5Pba5Se单晶网络结构纳米带的光探测器的1-V特性曲线。图4为本发明实施例2的ZnS多孔单晶微米片的透射电子显微镜照片。图5为本发明实施例2的ZnS多孔单晶微米片的选区电子衍射照片。图6为本发明实施例2的基于ZnS多孔单晶微米片的乙醇气敏传感器在不同浓度乙醇中响应-恢复曲线。图7为本发明实施例3的Si多孔单晶片的扫描电子显微镜照片。图8为本发明实施例3的基于Si多孔单晶片的一氧化氮气敏传感器在不同浓度一氧化氮中响应-恢复曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述
实施例1 :
步骤一，分别将 0. 3mmol ZnSO4 · 7H20 和 0. 3mmol Na2SeO3 溶于 16 mL 去离子水、14 mL二乙烯三胺和5 mL水合肼的混合溶液中。磁力搅拌30min后转移至容积为50 mL的反应釜中，密封后置于180°C烘箱中反应12h。自然冷却后将反应产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次并60°C真空干燥。步骤二,取0. 2mmol上述产物重新分散于35 mL去离子水中，并加入0.1mmol PbCl2搅拌IOmin后转移至容积为50 mL反应釜中，密封后置于160°C烘箱中反应6h。自然冷却后将反应产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次得到图1所示的Zna5Pba5Se网络结构纳米带。由图2可以看出该纳米带为单晶结构。步骤三，将Zntl 5Pbtl 5Se网络结构纳米带的乙醇溶液均匀分散于表层被氧化为SiO2的硅片上，挑选单根纳米带利用聚焦离子束在纳米带两端蒸镀Au电极完成单根光探测器的制备。步骤四，对上述光探测器进行光电特性测试，结果示于图3。可见本实施例所制备的光探测器具有好的灵敏性，及较好的重复性。实施例2
步骤一，将2. 5mL1-己醇和O. 91 g十六烷基三甲基溴化铵溶于25. OmL正十二烷。然后再向上述溶液加入ImL浓度为2mol/L的Zn (AC) 2的氨水溶液，并剧烈搅拌直至溶液澄清形成反微乳。步骤二，取50 μ L CS2溶于2mL正十二烷溶液，超声分散后用注射器逐滴加入至上述反微乳体系。继续搅拌约2h直至溶液变为乳白色表明已经生成ZnS纳米颗粒。步骤三，向上述乳白色溶液中加入12mL 二甘醇进行破乳，然后静置3天。此过程中ZnS纳米颗粒在正十二烷和二甘醇界面通过取向搭接自组装形成如图4-5所示的多孔单晶微米片。步骤四，将ZnS多孔单晶微米片捞出并用乙醇冲洗数次后通过打印PED0T:PSS聚合物的方法制备源电极和漏电极。步骤五，对上述传感器进行乙醇气敏性检测，结果示于图6。可见本实施例所制备的气敏传感器具有优良的灵敏性和快速响应的能力。实施例3
步骤一，取单晶硅片分别用丙酮、乙醇、蒸馏水超声40分钟，然后用N2气吹干，并放置于100°C真空烘箱中。步骤二，将硝酸和氢氟酸按摩尔比4:6混合并用蒸馏水稀释至质量分数为10%的稀酸溶液配置成墨水。 步骤三，将所述墨水注入到墨水盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形对清洗干燥后的单晶硅片进行刻蚀，然后用蒸馏水清洗数次得到如图7所示的Si多孔单晶片。步骤四，对上述Si多孔单晶片通过热蒸发的方法制备一层金构成源电极和漏电极。步骤五，对上述传感器进行氧气的气敏性检测，结果示于图8。可见本实施例所制备的气敏传感器具有优良的灵敏性和快速响应的能力。
权利要求
1.一种基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器，所述的探测器包括:敏感元件层、源电极和漏电极，其特征在于所述敏感元件层由无机半导体单晶网络结构组成。
2.根据权利要求1所述的基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器，其特征在于所述的无机半导体选自 S1、Ge、SiC, A1P、AlAs, AlSb, GaP、GaAs, GaSb, InP、InAs,InSb、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgSe、HgTe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe, PbTe, AsS、AsSe、AsTe、SbS、SbSe、SbTe, ZnO, CdO, TiO2, SnO、Cu2O, NiO、CoO、FeO、Cr2O3，或者其中任意组合的半导体的固溶体。
3.根据权利要求1所述的基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器，其特征在于所述的探测器的探敏感元件层为完整的无机半导体单晶网络结构。
4.根据权利要求1所述的基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器，其特征在于所述的源、漏电极的材质是金、银、铜、PEDOT: PSS聚合物材料中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种基于无机半导体单晶网络结构的光或气体探测器，所述的探测器包括敏感元件层、源电极和漏电极，其特征在于所述敏感元件层由无机半导体单晶网络结构组成。和传统的探测器中采用的薄膜或多晶网络结构的敏感元件相比，单晶网络结构可以保证作为探测层的半导体材料拥有巨大的比表面积，增大了其与光或气体作用位点；同时单晶网络结构能够显著降低缺陷的数量，提高电子的输运特性。因此，利用本方法可以显著提高探测器的灵敏度，缩短响应时间，提高探测效率。
文档编号G01J1/42GK103048043SQ20121055113
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者张孟, 李丰, 潘革波, 马慧军 申请人:苏州锦富新材料股份有限公司, 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
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