專利名稱：基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電導(dǎo)傳感器件，尤其涉及一種基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳
感器。
背景技術(shù)：
利用宏觀體材料設(shè)計和制作的光電傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如金屬一金 屬異質(zhì)結(jié)、金屬一半導(dǎo)體復(fù)合材料異質(zhì)結(jié)、半導(dǎo)體一半導(dǎo)體復(fù)合材料異質(zhì)結(jié)等等。文獻資 料表明，金屬氧化物納米材料具有不同于宏觀體材料的優(yōu)異的光電子學(xué)性能，如氧化鈦屬 于寬帶隙半導(dǎo)體光電功能材料，它被廣泛應(yīng)用于太陽能電池和傳感器中，例如文獻[Kong XZ， Liu CX， DongW， Zhang XD， Tao C， Shen L， Zhou JR， Fei YF and Ruan SP，《應(yīng)用物理 快報》APPLIED PHYSICSLETTERS 2009,94:123502]， [Xue HL， Kong XZ， Liu ZR， Liu CX， Zhou JR， Chen WY， RuanSP and Xu Q，《應(yīng)用物理快報》APPLIED PHYSICS LETTERS 2007， 90:201118]， [Kang TS， SmithAP， Taylor BE and Durstock MF，《納米快報》應(yīng)0 LETTERS 2009， 9 :601-606]， [Mor GK， Shankar K， Paulose M， Varghese OK and Grimes CA，《纟內(nèi)米 快報》NAN0 LETTERS 2006， 6， 215-218]中均有相關(guān)的報道。但是，由于氧化鈦的帶隙很寬 (約為3. 0 3. 2eV)，所以它的光譜響應(yīng)波段在紫外區(qū)域。如何利用氧化鈦納米材料的優(yōu) 異性能設(shè)計開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡單但光譜響應(yīng)波段能延伸至可見光區(qū)域的新型光電傳感器是目 前急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器，旨在利用非對 稱異維結(jié)構(gòu)所具有的特殊光電子學(xué)性能，開發(fā)研制一種結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，其光譜響應(yīng)波 段能延伸至可見光區(qū)域且響應(yīng)速度快的光電導(dǎo)傳感器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器，其特征在于該光電導(dǎo)傳感器包含透 明導(dǎo)電光電子發(fā)射層、光電轉(zhuǎn)換層、電子接收層、上電極引線以及下電極引線；所述的透明 導(dǎo)電光電子發(fā)射層作為光電導(dǎo)傳感器的上電極，電子接收層作為光電導(dǎo)傳感器的下電極， 所述的透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層采用碳納米管薄膜，光電轉(zhuǎn)換層采用氧化鈦納米管陣列，電 子接收層采用鈦薄片；在上電極引線與碳納米管薄膜相連接區(qū)域的碳納米管薄膜下方設(shè)置 絕緣層，將鈦薄片下表面與下電極弓I線相連接。 所述的碳納米管薄膜采用直徑為1 IO納米的低維度的碳納米管薄膜，所述的氧 化鈦納米管陣列采用直徑為50 200納米的中等維度的氧化鈦納米管陣列，所述的鈦薄片 采用厚度為毫米量級的高維度的鈦薄片。 本發(fā)明所提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便等 優(yōu)點。由于該器件具有較寬的光譜響應(yīng)范圍、較快的光電響應(yīng)速度和較大的光電導(dǎo)變化率， 即具有較高的光電響應(yīng)靈敏度，因此，這種器件在未來的高分辨光電子學(xué)探測技術(shù)領(lǐng)域中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器的原理示意圖。
圖3為本發(fā)明所使用的氧化鈦納米管陣列的掃描電子顯微鏡圖像側(cè)視圖。
圖4為本發(fā)明所使用的鋪蓋碳納米管薄膜的氧化鈦納米管陣列上表面的掃描電子顯微鏡圖像俯視圖。 圖5是本發(fā)明提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器實施例中，340納米波長光照射時，光致電阻變化對時間的響應(yīng)曲線。 圖6是本發(fā)明提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器實施例中，532納米波長光照射時，光致電阻變化對時間的響應(yīng)曲線。 圖中l(wèi)-鈦薄片；2-氧化鈦納米管陣列；3_碳納米管薄膜；4_絕緣層；5_上電極引線；6-下電極引線。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 該光電導(dǎo)傳感器包含透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層、光電轉(zhuǎn)換層、電子接收層、上電極引
線以及下電極引線；所述的透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層作為光電導(dǎo)傳感器的上電極，電子接收
層作為光電導(dǎo)傳感器的下電極，所述的透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層采用碳納米管薄膜3，光電轉(zhuǎn)
換層采用氧化鈦納米管陣列2，電子接收層采用鈦薄片1 ;在上電極引線5與碳納米管薄膜
3相連接區(qū)域的碳納米管薄膜下方設(shè)置絕緣層4，將鈦薄片下表面與下電極引線6相連接。
所述的碳納米管薄膜3采用直徑為1 10納米的低維度的碳納米管構(gòu)成的薄膜，所述的氧
化鈦納米管陣列采用直徑為50 200納米的中等維度的氧化鈦納米管構(gòu)成的陣列，所述的
鈦薄片采用厚度為毫米量級的高維度的鈦金屬薄片。這樣從傳感器的上表面至下表面依次
由較低維度碳納米管材料、中等維度氧化鈦納米管材料和高維度的體材料鈦薄片構(gòu)成了在
維度上具有非對稱結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器件。 圖2為本發(fā)明提供的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器的原理示意圖。工作
時，把上下兩電極引線和電信號檢測設(shè)備相連接，當(dāng)有光束照射在低維碳納米管上時，光子
激發(fā)碳納米管表面電子，該電子在光子作用下脫離碳納米管表面的束縛發(fā)射并注入到相鄰的具有中等維度的氧化鈦納米管中，進而導(dǎo)致氧化鈦納米管內(nèi)的載流子數(shù)目增加，其電導(dǎo)
會發(fā)生顯著變化。該光電導(dǎo)的數(shù)值依賴于入射光強度，即當(dāng)光強增加時，光電導(dǎo)數(shù)值會增加，反之，當(dāng)光強減小時，光電導(dǎo)數(shù)值也會減小，且該光電導(dǎo)器件的光譜響應(yīng)波段依賴于碳納米管的光譜響應(yīng)波段，從紫外光區(qū)域可展寬至可見光區(qū)域。
下面舉出一個具體的實施例進一步說明本發(fā)明。 目前，合成制備碳納米管和氧化鈦納米管的成熟技術(shù)多種多樣，關(guān)于本發(fā)明實施例所用碳納米管和氧化鈦納米管的制備技術(shù)已在文獻[Wei JQ， Jiang B， Wu DH and WeiBQ， JOURNALOF PHYSICAL CHEMISTRY B 2004，108 :8844-8847]禾P [Shankar K， Mor GK，Prakasam HE， YoriyaS， Paulose M， Varghese 0K， Grimes CA， Nanotechnology 2007，18 :065707]中報道。氧化鈦納米管和碳納米管也可以直接通過商業(yè)渠道購買。如圖3所示的掃描電子顯微鏡照片表明氧化鈦納米管排列方向比較一致，氧化鈦納米管的直徑在50 200納米范圍內(nèi)。在氧化鈦納米管陣列2的頂端鋪蓋碳納米管薄膜3后的掃描電子顯微鏡照片(如圖4所示)表明碳納米管直徑在1 10納米范圍內(nèi)，氧化鈦納米管的直徑在50 200納米范圍內(nèi)，鈦薄片采用厚度為毫米量級的鈦金屬薄片，用導(dǎo)線把上下兩電極引線和電信號檢測設(shè)備(K2400型測量源表)相連接構(gòu)成回路。碳納米管薄膜稀疏而且透明，有利于光的透射，利用光譜儀從功率500瓦的氙燈光譜中分離出峰值波長為340納米，譜寬8納米的光束照射在光電導(dǎo)傳感器的碳納米管薄膜時，回路中可產(chǎn)生顯著的光致電阻變化(如圖5所示)，即打開光源和關(guān)閉光源時電阻變化3個數(shù)量級以上，且該光電導(dǎo)傳感器的光電響應(yīng)速度很快。然后，我們改變光源，采用波長為532納米、功率為150毫瓦的激光光束照射在光電導(dǎo)傳感器的碳納米管薄膜時，回路中也可產(chǎn)生顯著的光致電阻變化(如圖6所示)，即打開光源和關(guān)閉光源時電阻變化也達到3個數(shù)量級以上，且該光電導(dǎo)傳感器的光電響應(yīng)速度很快。實驗測試結(jié)果表明不論紫外光(340納米波長)，還是可見光(532納米波長)照射到本發(fā)明涉及的基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器上時，電路中電導(dǎo)(或電阻)數(shù)值都會發(fā)生顯著變化，其光譜響應(yīng)范圍可以從紫外光區(qū)域拓寬到可見光區(qū)域，且其光電響應(yīng)速度很快。
權(quán)利要求
一種基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器，其特征在于該光電導(dǎo)傳感器包含透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層、光電轉(zhuǎn)換層、電子接收層、上電極引線以及下電極引線；所述的透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層作為光電導(dǎo)傳感器的上電極，電子接收層作為光電導(dǎo)傳感器的下電極，所述的透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層采用碳納米管薄膜(3)，光電轉(zhuǎn)換層采用氧化鈦納米管陣列(2)，電子接收層采用鈦薄片(1)；在上電極引線(5)與碳納米管薄膜(3)相連接區(qū)域的碳納米管薄膜下方設(shè)置絕緣層(4)，將鈦薄片下表面與下電極引線(6)相連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器，其特征在于所述的碳納米管薄膜采用直徑為1 io納米的低維度的碳納米管薄膜，所述的氧化鈦納米管陣列采用直徑為50 200納米的中等維度的氧化鈦納米管陣列，所述的鈦薄片采用厚度為毫米量級的高維度的鈦薄片。
全文摘要
基于非對稱異維結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)傳感器，涉及一種光電導(dǎo)傳感器件。該光電導(dǎo)傳感器包含透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層、光電轉(zhuǎn)換層、電子接收層、上電極引線以及下電極引線；透明導(dǎo)電光電子發(fā)射層采用低維度的碳納米管薄膜，光電轉(zhuǎn)換層采用中等維度的氧化鈦納米管陣列，電子接收層采用厚度為毫米量級的鈦薄片，在上電極引線與碳納米管薄膜相連接區(qū)域的碳納米管薄膜下方設(shè)置絕緣層，鈦薄片下表面與下電極引線相連接，從而使其形成非對稱異維結(jié)構(gòu)。該光電導(dǎo)傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便等優(yōu)點，且其光電響應(yīng)速度很快，其光譜響應(yīng)范圍可以從紫外光區(qū)域拓寬到可見光區(qū)域，因此該器件在未來的高分辨光電子學(xué)探測技術(shù)領(lǐng)域中將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號H01L31/101GK101794837SQ20101010859
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者劉偉, 孫家林, 朱嘉麟, 楊銘杰, 韋進全 申請人:清華大學(xué)