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        TiO2等薄膜材料用于紫外傳感陣列的設(shè)計(jì)

        2018-01-11 18:20:55趙溢洋
        科學(xué)家 2017年24期
        關(guān)鍵詞:二氧化鈦納米材料紫外線

        紫外線是指電磁波譜中波長范圍在10~400nm之間的電磁波輻射。在許多的民用和軍用領(lǐng)域,對(duì)于紫外線的探測都是很重要的一部分。TiO2作為一種新型的半導(dǎo)體材料,擁有優(yōu)秀的紫外光導(dǎo)性能,并且,其原理材料易得,成膜性強(qiáng),從而可以應(yīng)用于制作各種性能優(yōu)良的紫外線探測器?,F(xiàn)階段對(duì)于紫外線探測的主要形式還比較粗糙,精確的紫外線圖像傳感器,例如真空光電紫外圖像傳感器、全固態(tài)紫外圖像傳感器等都需要比較高的制作工藝,成本較高。本文提出了一種利用TiO2等薄膜材料進(jìn)行紫外傳感陣列的設(shè)計(jì),可以有效進(jìn)行紫外線的檢測與圖像傳感。

        概述

        紫外線與可見光紅外線一樣,都是電磁波,其劃分依據(jù)為波長,其中紫外線的波長范圍為10~400nm,其中,在20~400nm范圍內(nèi),紫外線可分為3種,分別為UVA、UVB和UVC,其中在320~400nm范圍內(nèi)的稱為UVA,在290~320nm之間的稱為UVB,在200~290nm之間的稱為UVC。太陽是地球表面附近最大的紫外光源。其中波長在280nm以下的紫外線在穿過地球大氣層時(shí),由于吸收作用和散射作用(主要為吸收作用),其強(qiáng)度大大降低,導(dǎo)致幾乎不能到達(dá)地球表面,因此該范圍內(nèi)的紫外線又被稱為太陽盲紫外或日盲紫外。

        因此,當(dāng)探測器檢測到了波段為280nm以下的紫外線時(shí),其不可能為太陽輻射,只能是來自人工發(fā)射源。利用這一特征,工作在日盲區(qū)的探測器能夠?qū)ξ⑷醯淖贤庑盘?hào)進(jìn)行探測。

        不同的紫外探測器工作機(jī)制不同,利用的光敏材料也有所不同,其規(guī)模、工作波段及應(yīng)用背景等方面也不同,根據(jù)這些區(qū)別,可以對(duì)紫外探測器進(jìn)行如下分類,如可見盲紫外探測器和日盲紫外探測器之分,如利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的半導(dǎo)體固態(tài)光電探測器和利用外光電發(fā)射機(jī)制工作的光發(fā)射探測器之分,如陣列探測器和單元探測器之分,等等。

        現(xiàn)有的紫外傳感器相對(duì)于原工業(yè)中所用的可見光傳感器,其靈敏度更高、選擇性也更好,而且在使用過程中更加節(jié)能,發(fā)熱量也有明顯地降低,日常使用成本較低,且可以檢測到裸眼看不到的信息。但是,現(xiàn)階段的紫外線傳感器例如紫外圖像增強(qiáng)器、紫外增強(qiáng)背照式CCD圖像傳感器,還有AlGaN基全固態(tài)紫外傳感器等生產(chǎn)的成本仍然較高,并且有些方式只適用于信號(hào)較強(qiáng)的紫外線檢測,檢測距離較短,結(jié)果也不夠精確,并且缺乏快速的動(dòng)態(tài)檢測能力,這時(shí)候,快速響應(yīng)的紫外探測器研發(fā)便迫在眉睫。

        納米材料簡介

        納米薄膜是納米材料的一種,廣義上來說,納米材料是指在空間中至少有一個(gè)維度處于1~100nm尺度范圍內(nèi)的材料。由納米材料制作的器件稱之為納米器件,納米器件可以使得芯片等半導(dǎo)體元件的集成度進(jìn)一步得到提高,從而極大地提高計(jì)算容量與計(jì)算速度。

        絕大多數(shù)的納米材料都是人工制備而成,當(dāng)材料的尺寸減小到納米范圍以后,會(huì)表現(xiàn)出許多普通的宏觀材料所不具有的特殊效應(yīng),例如:

        1)小尺寸效應(yīng)。在納米材料的尺寸與光波的波長或德布羅意波長等代表材料的物理特性的尺寸相近時(shí),會(huì)產(chǎn)生小尺寸效應(yīng),最常見的是納米材料的熔點(diǎn)往往要小于宏觀材料。

        2)體積效應(yīng)。體積效應(yīng)導(dǎo)致了材料化學(xué)、物理等特性發(fā)生較大的變化,利用納米材料的體積效應(yīng),可以在工業(yè)與軍事上有很多的應(yīng)用。例如,納米粒子的熔點(diǎn)可以顯著地降低,從而在粉狀工業(yè)上有著很多的應(yīng)用;另外,可以利用改變顆粒尺寸,控制材料對(duì)于電磁波的吸收,從而用于電磁屏蔽,制造微波吸收納米材料,進(jìn)而應(yīng)用于隱形飛機(jī)涂層等。

        3)表面效應(yīng)。由于納米材料在有些維度上尺度非常小,導(dǎo)致了其比表面積大大增加,這樣使得納米粒子的表面活性也有顯著的提高;另外表面能的急劇增加也會(huì)導(dǎo)致納米材料的化學(xué)性能與普通的宏觀材料產(chǎn)生差異。

        按照維數(shù)劃分,納米器件可以分為零維(如納米線顆粒)、一維(如納米線、納米管)、二維(如納米膜)3種類型。納米薄膜由于在一個(gè)維度上具有納米級(jí)別,所以也具有納米材料所具有的以上3種特殊的物理效應(yīng),這使得SiC納米線在熱學(xué)性能、電磁學(xué)性能、光學(xué)性能、表面活性、光催化性能等方面會(huì)有很多新奇的特性,從而在光電領(lǐng)域和電子領(lǐng)域會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用前景。在本文中,我們就使用TiO2納米薄膜進(jìn)行紫外線傳感器的制作,相對(duì)于塊體材料來說,具有更高的敏感性和更小的體積,是未來發(fā)展的趨勢。

        TiO2等材料的紫外光導(dǎo)性能及應(yīng)用

        二氧化鈦,化學(xué)式為TiO2,其結(jié)構(gòu)如圖3所示,是一種兩性化合物,分子量為79.83,在化學(xué)性質(zhì)方面無毒,物理特性不透明。另外,TiO2的粘附力強(qiáng),化學(xué)性質(zhì)不活潑,因此永遠(yuǎn)是雪白的,可以作為優(yōu)異的白色顏料。二氧化鈦可以廣泛應(yīng)用于涂料、造紙業(yè)、印刷油墨等生活生產(chǎn)工業(yè)。由于其高熔點(diǎn),也可以用來制造耐火玻璃等耐高溫器皿。

        二氧化鈦有兩種,一種是銳鈦礦型(Anatase,簡稱A型),另一種是金紅石型(Rutile,簡稱R型)。二氧化鈦這種材料可以從金紅石中用酸分解提取,或由四氯化鈦分解也可以得到,其制備方式多種多樣,不再贅述。

        二氧化鈦擁有以下具有很多有特點(diǎn)的性質(zhì):首先是表面超親水性。由于其表面結(jié)構(gòu)在紫外光的照射下,價(jià)帶的電子被激發(fā)到了導(dǎo)帶,從而在表面可以生成電子空穴對(duì),這樣,當(dāng)水發(fā)生解離時(shí)候,分子會(huì)吸附在表面的氧空位中成為表面羥基,從而引起表面結(jié)構(gòu)的變化,而表面的吸附水可進(jìn)一步吸附空氣中的水分,導(dǎo)致吸附的水量指數(shù)型增加,這樣就形成了物理吸附層。導(dǎo)致TiO2具有超親水性的特點(diǎn)。另外由于表面羥基的效應(yīng),TiO2可以吸附更多的單體物質(zhì),從而成為一種良好的吸附劑,這樣非常有利于表面改性。另外,TiO2的表面酸堿性也是值得研究的方面,在對(duì)于TiO2進(jìn)行改性時(shí),經(jīng)常會(huì)加入Al或Si的氧化物,當(dāng)這些氧化物單獨(dú)存在時(shí)無明顯的酸堿性,但與TiO2復(fù)合之后,就會(huì)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的酸堿性,可以制備固體狀態(tài)下的超酸或者超堿物質(zhì)。最后,TiO2具有表面電性。TiO2顆粒在溶液中,表面會(huì)形成擴(kuò)散的雙電層,這樣,顆粒的有效直徑會(huì)急劇增加,這些顆粒由于具有相同的電荷,在接近時(shí)候會(huì)彼此排斥,從而形成穩(wěn)定的分散系,進(jìn)而能形成長久的表面電性。endprint

        二氧化鈦可以被做成納米薄膜,常用的制備二氧化鈦薄膜的方法被分為物理方法和化學(xué)方法兩種。其中物理方法包括機(jī)械粉碎法(即用將原料直接粉碎研磨成超微粉)、惰性氣體冷凝法(即在惰性氣體環(huán)境中蒸發(fā)TiO2后急冷)、流動(dòng)油上真空蒸發(fā)法(高能束將TiO2加熱蒸發(fā),讓蒸發(fā)沉積物在油中蒸發(fā)形成納米TiO2)、濺射法(惰性環(huán)境下輝光放電,放電中的離子撞擊陽極蒸發(fā)材料,冷卻后形成納米T i O2)。另外還可以使用化學(xué)方法,化學(xué)方法包括氣相法和液相法。

        T i O2是一種寬禁帶半導(dǎo)體,它不但物理和化學(xué)性質(zhì)很好,而且光電子學(xué)性質(zhì)也有很大的應(yīng)用價(jià)值。二氧化鈦塊體材料就可以很好的對(duì)紫外線進(jìn)行隔離遮蔽,常被摻入紡織纖維中作為防曬劑,也可以把超細(xì)的二氧化鈦粉末加入防曬霜中,從而制成防曬化妝品。而作為一種紫外光電導(dǎo)性材料,二氧化鈦在紫外線照射下,可以產(chǎn)生光生載流子,從而在施加電壓時(shí)候,宏觀表現(xiàn)出的電阻有著明顯的降低。圖4為二氧化鈦探測器I-V特性曲線,可以看出二氧化鈦在紫外線下,其電流有著明顯的增加,本文就是利用這種特性,來使用二氧化鈦的薄膜制造紫外線探測儀。

        基于TiO2等薄膜材料的紫外傳感陣列的設(shè)計(jì)

        該設(shè)計(jì)大體呈三明治結(jié)構(gòu)。圖5為大體外觀。最上面的一層線狀電極,其電阻可以忽略。中間的一層為二氧化鈦薄膜,最下面為一層線狀電極(電阻可以忽略)。

        其工作的主要原理如下:假如在x1y1處有較強(qiáng)的的紫外線輻照,在x1處施加電壓時(shí),由于在X1Y1處的TiO2材料在紫外線光照下,電阻發(fā)生了明顯的降低,則在y1處可以檢測到較大的電流值,而其他的地方通過的電流沒有發(fā)生明顯的變化,從而可以判定在x1y1處有較大的紫外線輻照。探測器在實(shí)際工作時(shí),對(duì)X的電極上所有電極進(jìn)行掃描,檢測速度為MHZ級(jí),從而可以在Y電極處獲得電信號(hào),從而可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得紫外線的分布點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)紫外線圖像的毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)探測。

        結(jié)語和展望

        T i O2制作的紫外線探測器對(duì)于230nm~280nm左右的紫外線具有較好的探測效果,本文構(gòu)建了一種新型的紫外線探測器結(jié)構(gòu),利用TiO2作為中間層,將電極的數(shù)量大大減小,探測時(shí)間降低,檢測速度加快,另外使用TiO2納米薄膜,檢測的靈敏度也有明顯的提升。本文使用的三明治結(jié)構(gòu)中,TiO2層屬于納米材料,具有廉價(jià)的特點(diǎn),且穩(wěn)定耐用,但由于納米材料是一種新興科技,處于理論階段,還需進(jìn)一步完善。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孔祥梓.MSM型TiO2紫外探測器的研制[D].長春:吉林大學(xué),2007.

        [2]龔海梅,李向陽,亢勇,等.Ⅲ族氮化物紫外探測器及其研究進(jìn)展[J].激光與紅外,2005(11):17-21.

        [3]沈海軍,穆先才.納米薄膜的分類、特性、制備方法與應(yīng)用[J].微納電子技術(shù),2005(11):22-26.

        [4]甘勇.納米TiO2薄膜的制備及其光導(dǎo)型紫外探測器的初步研究[D].長春:吉林大學(xué),2005.

        [5]張利偉.TiO2薄膜的制備及其紫外光電導(dǎo)性能的初步研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2005.

        [6]邱成軍,曹茂盛,朱靜,等.納米薄膜材料的研究進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程,2001(4):132-137.

        (作者簡介:趙溢洋,北京市順義區(qū)牛欄山第一中學(xué)。)endprint

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