一種光敏電容器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容器，具體的說是一種光敏電容器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光電技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)、軍事安全、科學(xué)研究等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。光電技術(shù)的物理基礎(chǔ)是各種光電效應(yīng)。通常，光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)指在光的照射下，金屬或半導(dǎo)體內(nèi)的電子逸出表面向外發(fā)射的現(xiàn)象，主要應(yīng)用有光電管和光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)指在光的照射下，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對所引發(fā)的電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)比較復(fù)雜，常見的有光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)等。光電導(dǎo)效應(yīng)的主要應(yīng)用有光敏電阻、光電導(dǎo)攝像管等；光伏效應(yīng)的主要應(yīng)用有光伏電池、光(電)敏二極管、光(電)敏三極管等。
[0003]光電容效應(yīng)是一種內(nèi)光電效應(yīng)，指在光的照射下，半導(dǎo)體/絕緣體的介電常數(shù)或電容常數(shù)發(fā)生變化的現(xiàn)象。通常條件下，多數(shù)半導(dǎo)體/絕緣體的光電容效應(yīng)不顯著。但在較強(qiáng)輻射條件下(如航空航天)或者某些特殊材料(如ZnS-CdS、SrT13、有機(jī)聚合物)里，光電容效應(yīng)非常顯著[H.Kallman, B.Kramer, and A.Perlmutter, Phys.Rev.89,700(1953) ；S.Kronenberg and C.A.Accardo, Phys.Rev.101, 989 (1956) ；T.Hasegawa,S.Mouri，Y.Yamada, and K.Tanaka, J.Phys.Soc.Jpn 72, 41 (2003)]。在精密電子儀器設(shè)計(jì)中，有必要考慮光電容效應(yīng)的影響。例如，航空/航天儀器中的電容元件在太陽光照射下可能發(fā)生電容數(shù)值的較大改變，進(jìn)而影響甚至破壞儀器的正常工作狀態(tài)，因此需要對其電容元件做必要的避光防護(hù)。在太陽能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，光電容效應(yīng)也有著重要潛在應(yīng)用[R.W.Glazebrook and A.Thomas, J.Chem.Soc.Faraday Trans.1178，2053 (1982)]。
[0004]在某些特殊的氧化物半導(dǎo)體中，如金紅石相1102、11102、￥03』&1103、3^103等，存在小極化子類型的載流子。所謂小極化子指半導(dǎo)體中電子/空穴與其周邊小范圍的晶格發(fā)生強(qiáng)烈耦合而形成的一種準(zhǔn)粒子。在強(qiáng)烈的電子-聲子耦合作用下，小極化子類型半導(dǎo)體能帶邊的光生電子/空穴將衰變?yōu)槲挥趲吨械男O化子[G.L.Li, W.X.Li, and C.Li,Phys.Rev.B 82, 235109 (2010)]。與普通半導(dǎo)體比較，小極化子類型半導(dǎo)體具有一些特殊的光電效應(yīng)，如光伏效應(yīng)[李國嶺、李立本、王丹丹、曹京曉、王趙武，一種基于界面極化子效應(yīng)的半導(dǎo)體太陽能電池及其制備方法，ZL201210028953.X，2014.06]。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光敏電容器的制備方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種光敏電容器的制備方法，先將具有小極化子效應(yīng)的光敏材料壓制成片狀后燒制成陶瓷，并制成介電材料層；然后在介電材料層的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)電銀漿鍍層；取兩片導(dǎo)電玻璃并置于介電材料層兩側(cè)，使導(dǎo)電玻璃上的導(dǎo)電膜與導(dǎo)電銀漿鍍層接觸，所述導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電銀漿鍍層均由透光材料制成，以便使光線能夠透過導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電銀漿鍍層照射在介電材料層上，從而改變其介電常數(shù)；將介電材料層和導(dǎo)電玻璃固定好后置于熱處理設(shè)備中升溫至250—350°C進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后降至室溫即制得光敏電容器。
[0007]所述的具有小極化子效應(yīng)的光敏材料為金紅石相二氧化鈦、鈦酸鋇或鈦酸鍶。
[0008]熱處理時(shí)的升溫速率為I一 2°C /分鐘。
[0009]熱處理過程中升溫結(jié)束后的保溫時(shí)間為45— 80分鐘。
[0010]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，常用的介電材料如Ti02、BaT13、51'1103等，屬于小極化子類型半導(dǎo)體。在光照條件下，該類介電材料里的光生小極化子將顯著增強(qiáng)其介電常數(shù)。由該類介電材料組成的電容器可作為光敏電容器，具有重要的工業(yè)應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究價(jià)值。
[0011]當(dāng)入射光的能量大于半導(dǎo)體帶隙時(shí)，半導(dǎo)體價(jià)帶電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶。處于導(dǎo)帶中的電子在聲子協(xié)助下，將在10 12 s時(shí)間尺度內(nèi)衰減到導(dǎo)帶底，成為光生載流子。對于普通半導(dǎo)體，光生電子/空穴的壽命為10 9 s量級。對于小極化子類型的半導(dǎo)體，導(dǎo)帶中的電子將停留在能量更低的小極化子能級上而非導(dǎo)帶底。處于小極化子能級的載流子其壽命相對較長(10 3 s甚至s量級)。
[0012]介電測量的頻率范圍通常為102—106 Hz，對應(yīng)的介電響應(yīng)時(shí)間為10 6— 10 2 S。因此普通半導(dǎo)體中光生載流子的壽命相對上述特征時(shí)間太短，如果不考慮空間電荷極化效應(yīng)，光生載流子對介電常數(shù)的貢獻(xiàn)可以忽略。但對于小極化子類型的半導(dǎo)體而言，其光生載流子即小極化子的壽命相對該特征時(shí)間足夠長。另外，小極化子之間或者小極化子與晶格中的離子之間會(huì)形成電偶極子。在外電場作用下，這些電偶極子可以發(fā)生定向排列。因此，在小極化子類型的半導(dǎo)體中，光照可以提高半導(dǎo)體內(nèi)的電偶極子濃度，進(jìn)而增大介電常數(shù)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:提供了一種光敏電容器的制備方法，該方法制備的光敏電容器的電容大小可以通過外部照射光線的強(qiáng)度來調(diào)節(jié)。從而可以通過外接電路激發(fā)合適的LED光源，用LED光源產(chǎn)生的光來控制電容器電容的大小，可用作各類電子器件的調(diào)頻部件，或者用來制作光電探測器。將介電材料層和導(dǎo)電玻璃復(fù)合固定后進(jìn)行熱處理，能夠使其接觸面在一定程度上軟化，能夠提高兩者接觸的緊密性，從而提高電容器的工作性能。
【附圖說明】
[0014]圖1是光敏電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中標(biāo)記:111和121為封裝層，112和122為導(dǎo)電層，211為介電材料層，311表示入射光方向，411為正極引線，412為負(fù)極引線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0017]本發(fā)明所要制備的光敏電容器具有一介電材料層211，介電材料層采用具有小極化子效應(yīng)的光敏材料(例如研磨純度99.9%的多晶小極化子氧化物原料金紅石相二氧化鈦、鈦酸鋇、鈦酸鍶等)制成。在介電材料層211的兩側(cè)均依次設(shè)有導(dǎo)電層和封裝層，導(dǎo)電層與介電材料層緊密貼合，用于連接電極和電路。封裝層用于保護(hù)其中的導(dǎo)電層和介電材料層，并起到支撐固定的作用。為了使介電材料層能夠隨外界照射光強(qiáng)度的變化而改變介電常數(shù)，所述介電材料層一側(cè)或兩側(cè)的導(dǎo)電層及封裝層應(yīng)該由能夠透過光線的透光材料構(gòu)成。例如僅一側(cè)封裝層121和導(dǎo)電層122為透過材料，而另一側(cè)的封裝層111和導(dǎo)電層112不透光，或者兩側(cè)的導(dǎo)電層112、122及封裝層111、121均為透光材料。其具體材料可以采用導(dǎo)電玻璃，其中的玻璃板基體作為封裝層。導(dǎo)電層則有導(dǎo)電玻璃上的導(dǎo)電膜和鍍在介電材料層表面的導(dǎo)電銀漿共同構(gòu)成。導(dǎo)電銀漿應(yīng)選用透明型銀漿，而導(dǎo)電玻璃上的導(dǎo)電膜可以是ITO、ZnO薄膜或AZO薄膜。為便于連接外部電路，在介電材料層兩側(cè)的導(dǎo)電層還分別連接有正極引線和負(fù)極引線。
[0018]其具體制作步驟為:(1)、先將具有小極化子效應(yīng)的光敏材料加溶劑研磨后壓成片狀，然后經(jīng)燒制制成片狀陶瓷，燒制時(shí)的技術(shù)參數(shù)可以參照現(xiàn)有的燒制工藝，該燒制成的片狀陶瓷即為介電材料層；(2)、通過涂抹、噴涂或絲網(wǎng)印刷的方法在介電材料層的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)電銀漿鍍層；(3)、取兩片導(dǎo)電玻璃并置于介電材料層兩側(cè)，使導(dǎo)電玻璃上的導(dǎo)電膜與導(dǎo)電銀漿鍍層接觸；(4)、將介電材料層和導(dǎo)電玻璃固定好后置于熱處理設(shè)備中升溫至250— 350°C進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后降至室溫即制得光敏電容器。
[0019]在上述制備方法中，由于燒制成的介電材料層表面難免會(huì)凹凸不平，通過設(shè)置導(dǎo)電銀漿鍍層能夠形成平整的表面，利于導(dǎo)電玻璃與其緊密接觸。而采用熱處理的方法能夠使其接觸面在一定程度上軟化，能夠進(jìn)一步提高兩者接觸的緊密性，從而提高電傳導(dǎo)的可靠性及電容器的工作性能。熱處理過程中，升溫速率可以為I一2°C /分鐘，升溫結(jié)束后的保溫45— 80分鐘即可?；鸩⒆匀焕鋮s至室溫。正極引線和負(fù)極引線可以在導(dǎo)電玻璃與介電材料層復(fù)合之前或復(fù)合后連接在導(dǎo)電膜或?qū)щ娿y漿上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光敏電容器的制備方法，其特征在于:先將具有小極化子效應(yīng)的光敏材料壓制成片狀后燒制成陶瓷，并制成介電材料層；然后在介電材料層的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)電銀漿鍍層；取兩片導(dǎo)電玻璃并置于介電材料層兩側(cè)，使導(dǎo)電玻璃上的導(dǎo)電膜與導(dǎo)電銀漿鍍層接觸，所述導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電銀漿鍍層均由透光材料制成，以便使光線能夠透過導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電銀漿鍍層照射在介電材料層上，從而改變其介電常數(shù)；將介電材料層和導(dǎo)電玻璃固定好后置于熱處理設(shè)備中升溫至250— 350°C進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后降至室溫即制得光敏電容器。2.如權(quán)利要求1所述的一種光敏電容器的制備方法，其特征在于:所述的具有小極化子效應(yīng)的光敏材料為金紅石相二氧化鈦、鈦酸鋇或鈦酸鍶。3.如權(quán)利要求1所述的一種光敏電容器的制備方法，其特征在于:熱處理時(shí)的升溫速率為I一 2°C /分鐘。4.如權(quán)利要求1所述的一種光敏電容器的制備方法，其特征在于:熱處理過程中升溫結(jié)束后的保溫時(shí)間為45— 80分鐘。
【專利摘要】一種光敏電容器的制備方法，先將具有小極化子效應(yīng)的光敏材料壓制成片狀后燒制成陶瓷，并制成介電材料層；然后在介電材料層的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)電銀漿鍍層；取兩片導(dǎo)電玻璃并置于介電材料層兩側(cè)，使導(dǎo)電玻璃上的導(dǎo)電膜與導(dǎo)電銀漿鍍層接觸，所述導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電銀漿鍍層均由透光材料制成，以便使光線能夠透過導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電銀漿鍍層照射在介電材料層上，從而改變其介電常數(shù)；將介電材料層和導(dǎo)電玻璃固定好后置于熱處理設(shè)備中升溫至250—350℃進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后降至室溫即制得光敏電容器。該方法制備的光敏電容器的電容大小可以通過外部照射光線的強(qiáng)度來調(diào)節(jié),可用作各類電子器件的調(diào)頻部件，或者用來制作光電探測器。
【IPC分類】H01L31/08, H01L31/18
【公開號(hào)】CN105097992
【申請?zhí)枴緾N201510465303
【發(fā)明人】王志曉, 李國嶺, 周鋒子, 李立本, 臧國忠
【申請人】河南科技大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月3日