专利名称：基于非对称异维结构的光电导传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电导传感器件，尤其涉及一种基于非对称异维结构的光电导传
感器。
背景技术：
利用宏观体材料设计和制作的光电传感器已经广泛应用于各个领域，如金属一金 属异质结、金属一半导体复合材料异质结、半导体一半导体复合材料异质结等等。文献资 料表明，金属氧化物纳米材料具有不同于宏观体材料的优异的光电子学性能，如氧化钛属 于宽带隙半导体光电功能材料，它被广泛应用于太阳能电池和传感器中，例如文献[Kong XZ， Liu CX， DongW， Zhang XD， Tao C， Shen L， Zhou JR， Fei YF and Ruan SP，《应用物理 快报》APPLIED PHYSICSLETTERS 2009,94:123502]， [Xue HL， Kong XZ， Liu ZR， Liu CX， Zhou JR， Chen WY， RuanSP and Xu Q，《应用物理快报》APPLIED PHYSICS LETTERS 2007， 90:201118]， [Kang TS， SmithAP， Taylor BE and Durstock MF，《纳米快报》應0 LETTERS 2009， 9 :601-606]， [Mor GK， Shankar K， Paulose M， Varghese OK and Grimes CA，《纟内米 快报》NAN0 LETTERS 2006， 6， 215-218]中均有相关的报道。但是，由于氧化钛的带隙很宽 (约为3. 0 3. 2eV)，所以它的光谱响应波段在紫外区域。如何利用氧化钛纳米材料的优 异性能设计开发出结构简单但光谱响应波段能延伸至可见光区域的新型光电传感器是目 前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非对称异维结构的光电导传感器，旨在利用非对 称异维结构所具有的特殊光电子学性能，开发研制一种结构简单，制作方便，其光谱响应波 段能延伸至可见光区域且响应速度快的光电导传感器。
本发明的技术方案如下 —种基于非对称异维结构的光电导传感器，其特征在于该光电导传感器包含透 明导电光电子发射层、光电转换层、电子接收层、上电极引线以及下电极引线；所述的透明 导电光电子发射层作为光电导传感器的上电极，电子接收层作为光电导传感器的下电极， 所述的透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜，光电转换层采用氧化钛纳米管阵列，电 子接收层采用钛薄片；在上电极引线与碳纳米管薄膜相连接区域的碳纳米管薄膜下方设置 绝缘层，将钛薄片下表面与下电极弓I线相连接。 所述的碳纳米管薄膜采用直径为1 IO纳米的低维度的碳纳米管薄膜，所述的氧 化钛纳米管阵列采用直径为50 200纳米的中等维度的氧化钛纳米管阵列，所述的钛薄片 采用厚度为毫米量级的高维度的钛薄片。 本发明所提供的基于非对称异维结构的光电导传感器具有结构简单，制作方便等 优点。由于该器件具有较宽的光谱响应范围、较快的光电响应速度和较大的光电导变化率， 即具有较高的光电响应灵敏度，因此，这种器件在未来的高分辨光电子学探测技术领域中具有十分广阔的应用前景。
图1为本发明提供的基于非对称异维结构的光电导传感器的结构示意图。
图2为本发明提供的基于非对称异维结构的光电导传感器的原理示意图。
图3为本发明所使用的氧化钛纳米管阵列的扫描电子显微镜图像侧视图。
图4为本发明所使用的铺盖碳纳米管薄膜的氧化钛纳米管阵列上表面的扫描电子显微镜图像俯视图。 图5是本发明提供的基于非对称异维结构的光电导传感器实施例中，340纳米波长光照射时，光致电阻变化对时间的响应曲线。 图6是本发明提供的基于非对称异维结构的光电导传感器实施例中，532纳米波长光照射时，光致电阻变化对时间的响应曲线。 图中l-钛薄片；2-氧化钛纳米管阵列；3_碳纳米管薄膜；4_绝缘层；5_上电极引线；6-下电极引线。
具体实施例方式
图1为本发明提供的基于非对称异维结构的光电导传感器的结构示意图。 该光电导传感器包含透明导电光电子发射层、光电转换层、电子接收层、上电极引
线以及下电极引线；所述的透明导电光电子发射层作为光电导传感器的上电极，电子接收
层作为光电导传感器的下电极，所述的透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜3，光电转
换层采用氧化钛纳米管阵列2，电子接收层采用钛薄片1 ;在上电极引线5与碳纳米管薄膜
3相连接区域的碳纳米管薄膜下方设置绝缘层4，将钛薄片下表面与下电极引线6相连接。
所述的碳纳米管薄膜3采用直径为1 10纳米的低维度的碳纳米管构成的薄膜，所述的氧
化钛纳米管阵列采用直径为50 200纳米的中等维度的氧化钛纳米管构成的阵列，所述的
钛薄片采用厚度为毫米量级的高维度的钛金属薄片。这样从传感器的上表面至下表面依次
由较低维度碳纳米管材料、中等维度氧化钛纳米管材料和高维度的体材料钛薄片构成了在
维度上具有非对称结构的光电导传感器件。 图2为本发明提供的基于非对称异维结构的光电导传感器的原理示意图。工作
时，把上下两电极引线和电信号检测设备相连接，当有光束照射在低维碳纳米管上时，光子
激发碳纳米管表面电子，该电子在光子作用下脱离碳纳米管表面的束缚发射并注入到相邻的具有中等维度的氧化钛纳米管中，进而导致氧化钛纳米管内的载流子数目增加，其电导
会发生显著变化。该光电导的数值依赖于入射光强度，即当光强增加时，光电导数值会增加，反之，当光强减小时，光电导数值也会减小，且该光电导器件的光谱响应波段依赖于碳纳米管的光谱响应波段，从紫外光区域可展宽至可见光区域。
下面举出一个具体的实施例进一步说明本发明。 目前，合成制备碳纳米管和氧化钛纳米管的成熟技术多种多样，关于本发明实施例所用碳纳米管和氧化钛纳米管的制备技术已在文献[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]中报道。氧化钛纳米管和碳纳米管也可以直接通过商业渠道购买。如图3所示的扫描电子显微镜照片表明氧化钛纳米管排列方向比较一致，氧化钛纳米管的直径在50 200纳米范围内。在氧化钛纳米管阵列2的顶端铺盖碳纳米管薄膜3后的扫描电子显微镜照片(如图4所示)表明碳纳米管直径在1 10纳米范围内，氧化钛纳米管的直径在50 200纳米范围内，钛薄片采用厚度为毫米量级的钛金属薄片，用导线把上下两电极引线和电信号检测设备(K2400型测量源表)相连接构成回路。碳纳米管薄膜稀疏而且透明，有利于光的透射，利用光谱仪从功率500瓦的氙灯光谱中分离出峰值波长为340纳米，谱宽8纳米的光束照射在光电导传感器的碳纳米管薄膜时，回路中可产生显著的光致电阻变化(如图5所示)，即打开光源和关闭光源时电阻变化3个数量级以上，且该光电导传感器的光电响应速度很快。然后，我们改变光源，采用波长为532纳米、功率为150毫瓦的激光光束照射在光电导传感器的碳纳米管薄膜时，回路中也可产生显著的光致电阻变化(如图6所示)，即打开光源和关闭光源时电阻变化也达到3个数量级以上，且该光电导传感器的光电响应速度很快。实验测试结果表明不论紫外光(340纳米波长)，还是可见光(532纳米波长)照射到本发明涉及的基于非对称异维结构的光电导传感器上时，电路中电导(或电阻)数值都会发生显著变化，其光谱响应范围可以从紫外光区域拓宽到可见光区域，且其光电响应速度很快。
权利要求
一种基于非对称异维结构的光电导传感器，其特征在于该光电导传感器包含透明导电光电子发射层、光电转换层、电子接收层、上电极引线以及下电极引线；所述的透明导电光电子发射层作为光电导传感器的上电极，电子接收层作为光电导传感器的下电极，所述的透明导电光电子发射层采用碳纳米管薄膜(3)，光电转换层采用氧化钛纳米管阵列(2)，电子接收层采用钛薄片(1)；在上电极引线(5)与碳纳米管薄膜(3)相连接区域的碳纳米管薄膜下方设置绝缘层(4)，将钛薄片下表面与下电极引线(6)相连接。
2. 按照权利要求1所述的一种基于非对称异维结构的光电导传感器，其特征在于所述的碳纳米管薄膜采用直径为1 io纳米的低维度的碳纳米管薄膜，所述的氧化钛纳米管阵列采用直径为50 200纳米的中等维度的氧化钛纳米管阵列，所述的钛薄片采用厚度为毫米量级的高维度的钛薄片。
全文摘要
基于非对称异维结构的光电导传感器，涉及一种光电导传感器件。该光电导传感器包含透明导电光电子发射层、光电转换层、电子接收层、上电极引线以及下电极引线；透明导电光电子发射层采用低维度的碳纳米管薄膜，光电转换层采用中等维度的氧化钛纳米管阵列，电子接收层采用厚度为毫米量级的钛薄片，在上电极引线与碳纳米管薄膜相连接区域的碳纳米管薄膜下方设置绝缘层，钛薄片下表面与下电极引线相连接，从而使其形成非对称异维结构。该光电导传感器具有结构简单，制作方便等优点，且其光电响应速度很快，其光谱响应范围可以从紫外光区域拓宽到可见光区域，因此该器件在未来的高分辨光电子学探测技术领域中将具有十分广阔的应用前景。
文档编号H01L31/101GK101794837SQ20101010859
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者刘伟, 孙家林, 朱嘉麟, 杨铭杰, 韦进全 申请人:清华大学