一种自组装核壳SnO2紫外探测器的制备方法与流程

本发明涉及光电元器件技术领域，特别涉及一种组装核壳SnO₂紫外探测器的制备方法。

背景技术：

现有技术中，比较常见紫外探测器，是光电倍增管和硅基紫外光电管。光电倍增管需要在高电压下工作，而且体积笨重、易损坏，对于实际应用有一定的局限性。硅基紫外光电管需要附加滤光片，无疑会增加制造的复杂性并降低性能。最近十年，光电化学电池走进了人们的视野，并避免使用复杂的材料外延生长技术和昂贵的单晶基板从而成功地满足了成本更低的光电子应用的需求。这种新型的紫外光探测器的工作模式就是光生伏特型，即它吸收太阳辐射的光子，产生电子空穴对，以一个光电子激发的过程将太阳能转化为电能，且不需要偏压进行驱动，此过程同时避免了电池的大范围使用，缓解了环境污染。一种直接提高光电化学电池型紫外探测器光响应度和选择性的方法就是利用宽禁带半导体材料，例如SnO₂等。SnO₂作为一种非常有潜力的替代材料应运而生，这是因为其具有独特的物理稳定性、化学惰性和突出的光电性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制备工艺简单，易实现，并且光电响应快，灵敏性高的自组装核壳SnO2紫外探测器的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，一种自组装核壳SnO₂紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：1）将摩尔比为1：1.85：0.3的尿素粉末，NaOH粉末和Na₂SnO₃•4H₂O粉末溶于乙醇水溶液中，搅拌1-1.5小时至完全溶解，制成混合溶液； 2）将清洗并烘干的石英玻璃片置于反应釜中作为衬底，加入步骤1）中的混合溶液，使石英玻璃片完全浸没于混合溶液中，然后使反应釜在155℃—165℃下水热反应3—3.5小时，使石英玻璃表面生长一层SnO₂微球衬底，再取出反应釜，自然冷却至常温；本步骤中，反应釜中主要发生如下水热反应：CO（NH₂）₂+H₂O==2NH₃+CO₂ NH₃+H₂O==NH₄⁺+OH^-

Na₂SnO₃+CO₂==Na₂CO₃+SnO₂。生成的核壳结构的SnO₂微球自生长连通并生长在石英玻璃表面，这种核壳自通连结构的SnO₂微球颗粒，具有很好的电子传输能力，光电响应快，灵敏性高；

3）将生长SnO₂微球衬底石英玻璃片从反应釜取出，在无水乙醇中清洗，并在60℃的烘箱中烘干30min；

4）将烘干后的生长SnO₂微球衬底石英玻璃片表面中间保留180-220u透光缝隙，其余部分表面涂一层银浆制成银电极，制得自组装核壳SnO₂紫外探测器。

为进一步精确控制混合溶液的浓度，所述步骤1）中乙醇水溶液为体积比为4：1的无水乙醇和去离子水的混合液，所述Na₂SnO₃•4H₂O 的浓度为0.04mol/L。

为便于控制SnO₂的沉积厚度，所述步骤2）中石英玻璃片沉积的SnO₂微球衬底的厚度为15—20 um。

所述步骤4）中银浆的涂层厚度为5—10um。

附图说明

图1为本发明的方法制备的石英玻璃片上生长SnO₂微球衬底的X-射线衍射图。

图2为本发明的方法制备的石英玻璃片上生长SnO₂微球衬底的侧面扫描电镜照片图。

图3为本发明的方法制备的石英玻璃片上生长SnO₂微球衬底的透射电镜图。

图4为本发明的方法制备的SnO₂紫外探测器的光响应光流。

图5为本发明的方法制备的SnO₂紫外探测器的的明暗电流。

具体实施方式

称取NaOH粉末1.92 g、尿素粉末1.6 g ，Na₂SnO₃•4H₂O粉末2.28 g，溶于160ml去离子水和40ml的无水乙醇的混合溶液中，搅拌1小时至完全溶解，制成混合溶液；取数个50ml反应釜，分别放一块长宽尺寸为20×20mm，厚度为1mm的预先清洗干净并烘干的石英玻璃片作为衬底，然后每个反应釜分别加入30ml上述混合溶液使石英玻璃片完全沉浸在溶液中，然后使反应釜在160℃条件下水热反应3小时，使石英玻璃表面生长一层厚度为15—20 um 的SnO₂微球衬底，再取出反应釜，自然冷却至常温；将生长SnO₂微球衬底石英玻璃片从反应釜取出，在无水乙醇中清洗，并在60℃的烘箱中烘干30min；将烘干后的生长SnO₂微球衬底石英玻璃片留下一半用于检测，另一半表面涂一层厚度为5—10um的银浆制成银电极，其中玻璃片表面中间保留180-220u透光缝隙不涂银浆以提供光源照射的位置，制得自组装核壳SnO₂紫外探测器。

如图1为采用德国Bruker-AXS公司生产的D8 ADVANCE型XRD(Cu radiation, Å)测定本发明实施例制得的所制的石英玻璃上生长的SnO₂微球衬底的晶相结构X-射线衍射图。主图所示的所有的衍射峰从左到右分别对应于SnO₂的(110)，(101)，(200)，(211)，(220)，(002)，(310)，(112)，(202)，(321)。

图2为采用日立公司(日本)的S4800Ⅱ型FESEM(FESEM, S-4800Ⅱ, Hitachi)对所制备的石英玻璃上生长的SnO₂微球衬底的形貌进行观察的侧面扫描电镜照片图。从该图可知，所制备的自组装核壳SnO₂微球颗粒通过截面进行相互连通。

图3采用荷兰philips-FEI公司的Tecnai F30场发射透射电镜(HRTEM, Tecnai F30, FEI)对石英玻璃上生长的SnO₂微球衬底样品的晶相结构表征的透射电镜图。从图中可以明显表征出SnO₂微球颗粒的核壳结构。

图4为本发明上述实施例所制备的SnO₂紫外探测器的光响应电流。在325nm 波长照射时得到：Rise time=2.13s, Decay time=0.93s响应可达40倍左右。

图5为本发明实施例所制备的SnO₂紫外探测器的明暗电流。在325nm, 52mW/cm²紫外光的照射下，电压5V时明暗电流比为88.6。

从上述实施例及检测结果表明，本发明的方法制备的自组装核壳SnO₂紫外探测器制备工作过程简单，可以大面积合成，且具有较好的光响应能力，应用范围广泛。