無(wú)基底紫外光敏傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及紫外光敏傳感器領(lǐng)域，具體地，涉及一種無(wú)基底紫外光敏傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅材料具有3.37eV的禁帶寬度，材料電阻只對(duì)180nm_365nm波長(zhǎng)的紫外光具有響應(yīng)，對(duì)可見(jiàn)光和紅外光沒(méi)有響應(yīng)，具有很好的“日盲性”。用純氧化鋅材料制造的紫外光敏傳感器能很好的避免紫外光波段以外的其它波段光線的干擾，從而有效避免誤報(bào)警的出現(xiàn)。
[0003]現(xiàn)有的日盲型紫外光器件是GaN類和冷陰極管類紫外光敏傳感器。GaN類器件主要以GaN為光敏材料，這類器件以成本高昂的GaN作為襯底，同時(shí)由于工藝技術(shù)的問(wèn)題，GaN無(wú)法形成大面的光敏材料，也限制了該類紫外光器件的受光面積；冷陰極管類產(chǎn)品需要在高電壓(220V以上)下才能進(jìn)行工作，使其工作受到了極大的限制。
[0004]而將氧化鋅制作在硅類襯底上紫外光敏傳感器，雖然具有較好的光響應(yīng)，但是因?yàn)楣璞旧韺?duì)光響應(yīng)，會(huì)造成器件對(duì)紫外波段以外的其它光響應(yīng)，產(chǎn)生誤報(bào)；將氧化鋅通過(guò)濺射等工藝制作在絕緣襯底上紫外光敏傳感器由于其響應(yīng)速度極慢，因此無(wú)法滿足紫外光敏傳感器的要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種無(wú)基底紫外光敏傳感器。與現(xiàn)有的紫外光敏傳感器不同，本實(shí)用新型的無(wú)基底紫外光敏傳感器不僅制備工藝簡(jiǎn)單，而且由于省去了襯底，采用氧化鋅制作無(wú)基底紫外光敏傳感器，使得無(wú)基底紫外光敏傳感器具有很好的日盲性，有效地避免了紫外光波段以外的其它波段的光對(duì)無(wú)基底紫外光敏傳感器產(chǎn)生影響，并且由于制作工藝簡(jiǎn)單、省去了襯底，使得無(wú)基底紫外光敏傳感器的制作成本得到了極大的降低。
[0006]本實(shí)用新型的無(wú)基底紫外光敏傳感器包括:氧化鋅感應(yīng)層，第一電極和第二電極；其中，
[0007]氧化鋅感應(yīng)層用于探測(cè)紫外光；
[0008]第一電極和第二電極互不接觸，位于氧化鋅感應(yīng)層上，作為無(wú)基底紫外光敏傳感器的電信號(hào)輸出端。
[0009]前述的無(wú)基底紫外光敏傳感器，氧化鋅感應(yīng)層是依次通過(guò)造粒、高壓成型、熱處理排膠形成的。
[0010]前述的無(wú)基底紫外光敏傳感器，第一電極和第二電極位于氧化鋅感應(yīng)層的同一側(cè)。
[0011]前述的無(wú)基底紫外光敏傳感器，第一電極和第二電極分別位于氧化鋅感應(yīng)層的不同側(cè)。
[0012]前述的無(wú)基底紫外光敏傳感器，第一電極包括使紫外光透過(guò)的第一照射區(qū)域；或者，
[0013]第二電極包括使紫外光透過(guò)的第二照射區(qū)域。
[0014]前述的無(wú)基底紫外光敏傳感器，第一電極和第二電極為叉指電極。
[0015]前述的無(wú)基底紫外光敏傳感器，在第一電極和第二電極上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一導(dǎo)電線和第二導(dǎo)電線；或者，
[0016]在第一電極和第二電極上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一導(dǎo)電管腳和第二導(dǎo)電管腳。
[0017]采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，至少具有如下有益效果:與現(xiàn)有的紫外光敏傳感器相比，本實(shí)用新型以氧化鋅作為紫外光敏傳感器的光敏材料，省去了襯底，因此，本實(shí)用新型的無(wú)基底紫外光敏傳感器具有很好的日盲性，可以有效避免紫外光波段以外的其它波段的光對(duì)該無(wú)基底紫外光敏傳感器的干擾。與現(xiàn)有的紫外光敏傳感器相比，本實(shí)用新型的無(wú)基底紫外光敏傳感器由于制作工藝簡(jiǎn)單，省去了襯底，使無(wú)基底紫外光敏傳感器的制作成本得到了極大的降低。此外，通過(guò)將氧化鋅換成其它材料，本實(shí)用新型的技術(shù)方案也可以擴(kuò)展到諸如氣敏、壓敏、光敏傳感器的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供的無(wú)基底紫外光敏傳感器的第一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型提供的無(wú)基底紫外光敏傳感器的第一種【具體實(shí)施方式】的形貌圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型提供的無(wú)基底紫外光敏傳感器的制備方法的工藝流程圖；
[0021]圖4是本實(shí)用新型提供的無(wú)基底紫外光敏傳感器的第二種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是本實(shí)用新型提供的無(wú)基底紫外光敏傳感器的紫外響應(yīng)效果；
[0023]圖6是本實(shí)用新型提供的無(wú)基底紫外光敏傳感器的初始紫外響應(yīng)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0025]圖1是本實(shí)用新型的第一種【具體實(shí)施方式】的無(wú)基底紫外光敏傳感器，圖2為其形貌圖。該無(wú)基底紫外光敏傳感器包括:氧化鋅感應(yīng)層11，第一電極12和第二電極13 ;其中，氧化鋅感應(yīng)層11用于探測(cè)紫外光；第一電極12和第二電極13位于氧化鋅感應(yīng)層11的同一側(cè)表面上，即氧化鋅感應(yīng)層11的表面11a，二者互不接觸，作為無(wú)基底紫外光敏傳感器的電信號(hào)輸出端?？蛇x地，第一電極12和第二電極13的位置關(guān)系除了可以是圖1中所示的那樣之外，還可以是第一電極12與氧化鋅感應(yīng)層11的表面Ila和表面Ilb部分接觸，第二電極13與氧化鋅感應(yīng)層11的表面I Ia和表面Ilc部分接觸。不論是前述哪種情況，氧化鋅感應(yīng)層11的表面Ila上的第一電極12和第二電極13之間存在一定距離(例如，0.5-1.5mm)，使得第一電極12和第二電極13相互不接觸。此外，第一電極12和第二電極13還可以為叉指電極。
[0026]其中，第一電極12和第二電極13可以是銦錫氧化物電極、銀納米線膜電極，也可以是金屬或合金電極，如銀楽電極、金電極、銅鎳合金電極等。
[0027]進(jìn)一步地，為了更加容易地使紫外光敏傳感器與外部電路進(jìn)行連接，還可以在電極上粘附引出導(dǎo)電線或?qū)щ姽苣_作為電極與外部電路進(jìn)行連接，具體地，如圖2所示，第一電極12和第二電極13位于紫外光敏傳感器的氧化鋅感應(yīng)層11的同一側(cè)表面，為了更加容易地使紫外光敏傳感器與外部電路進(jìn)行連接，還可以在第一電極12和第二電極13上分別粘附引出第一導(dǎo)電管腳14和第二導(dǎo)電管腳15作為第一電極12和第二電極13與外部電路進(jìn)行連接，(由于第一電極12和第二電極13被第一導(dǎo)電管腳14和第二導(dǎo)電管腳15覆蓋，故在圖2中無(wú)法示出)。
[0028]其中，氧化鋅感應(yīng)層11是依次通過(guò)造粒、高壓成型、熱處理排膠形成的。下面結(jié)合圖3，對(duì)本實(shí)用新型的第一種【具體實(shí)施方式】的無(wú)基底紫外光敏傳感器的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，該方法包括如下步驟:
[0029](I)造粒
[0030]使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑混合，通過(guò)球磨、研磨等方法進(jìn)行造粒，并通過(guò)粒度篩選來(lái)形成具有一定粒徑(粒徑范圍是100_500um)的氧化鋅顆粒。造粒的目的是使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液均勻混合，以便增強(qiáng)塊體成型階段的顆粒結(jié)合力，從而有效地形成具有一定強(qiáng)度的坯體。
[0031 ] 粘結(jié)劑的類型、含量及分散均勻性會(huì)影響到紫外光敏傳感器對(duì)紫外光的響應(yīng)效果。本實(shí)用新型所采用的粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或明膠。其中，當(dāng)所采用的粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)時(shí)，其溶劑應(yīng)當(dāng)采用無(wú)水乙醇、乙二醇中的一種或多種；當(dāng)所采用的粘結(jié)劑是聚乙烯醇(PVA)或明膠時(shí)，其溶劑應(yīng)當(dāng)采用去離子水。具體地，在造粒時(shí)，先使粘結(jié)劑溶于溶劑中(優(yōu)選地，PVP溶于無(wú)水乙醇)形成粘結(jié)劑溶液，然后使氧化鋅粉體與粘結(jié)劑溶液混合。粘結(jié)劑溶液的濃度通常是0.02-0.2g/ml，優(yōu)選是0.025g/mlο
[0032](2)高壓成型
[0033]造粒后，進(jìn)行高壓成型。高壓成型的目的是將造粒后的氧化鋅顆粒塑形成所需的形狀。具體地，通過(guò)等靜壓、熱注塑等高壓成型方法在一定模具內(nèi)對(duì)氧化鋅顆粒加壓以形成相應(yīng)的形狀。
[0034]其中，模具的形狀可以為長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體等形狀，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)的紫外光敏傳感器的形狀來(lái)選擇模具的形狀，此處不做限定。
[0035]高壓成型的壓力大小以及壓力均一性會(huì)影響紫外光敏傳感器對(duì)紫外光的響應(yīng)效果。優(yōu)選地，高壓成型所采用的壓力大于或者等于90kg/cm2，高壓成型保持的時(shí)間是5min-10min,由此可以使氧化鋅顆粒之間形成有效的粘結(jié)，從而使形成的還體具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。
[0036](3)熱處理排膠
[0037]在高溫爐內(nèi)，在特定的溫度和升溫程序下，通過(guò)使上述高壓成型的坯體進(jìn)行高溫?zé)嵫趸?，從而促使坯體內(nèi)的粘結(jié)劑溶液燃燒氧化而排出坯體，最終形成單一的、具有一定強(qiáng)度的氧化鋅塊體。
[0038]熱處理排膠的目的是通過(guò)高溫處理，揮發(fā)排除坯體內(nèi)的粘結(jié)劑溶液，保證塊體內(nèi)只是氧化鋅材料而沒(méi)有高分子粘結(jié)劑溶液存在，同時(shí)還能夠增加氧化鋅顆粒之間的結(jié)合力，并增加塊體強(qiáng)度。熱處理溫度、時(shí)間以及粘結(jié)劑溶液的排出效果會(huì)影響紫外光敏傳感器對(duì)紫外光的響應(yīng)效果。本實(shí)用新型控制升溫速度在5°C /min-10°C /min，熱處理溫度是300-900°C (優(yōu)選是500°C )，熱處理的時(shí)間是30_120min (優(yōu)選是120min)。
[0039](4)印刷電極
[0040]排膠完成后，形成的氧化鋅塊體隨爐冷卻至室溫，使用細(xì)砂紙(例如800目(泰勒篩)細(xì)砂紙)對(duì)氧化鋅塊體表面進(jìn)行處理，然后通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝在氧化鋅塊體表面制作至少兩個(gè)電極。
[0041]印刷電極的目的是通過(guò)在氧化鋅塊體表面形成至少兩個(gè)電極，形成良好的歐姆接觸，從而有效的在紫外光敏傳感器兩端加載工作電壓，并有效輸出紫外光敏傳感器對(duì)紫外光的電流變化。電極種類、電極與氧化鋅塊體的結(jié)合情況以及電極間距會(huì)影響紫外光敏傳感器的紫外光響應(yīng)效果。
[0042]應(yīng)當(dāng)注意的是，上述氧化鋅塊體即為本實(shí)用新型的第一種【具體實(shí)施方式】的無(wú)基底紫外光敏傳感器中的氧化鋅感應(yīng)層。
[0043]圖4是本實(shí)用新型的第二種【具體實(shí)施方式】的無(wú)基底紫外光敏傳感器，該無(wú)基底紫外光敏傳感器包括:氧化鋅感應(yīng)層41，第一電極42和第二電極43 ;其中，氧化鋅感應(yīng)層41用于探測(cè)紫外光；第一電極42和第二電極43分別位于氧化鋅感應(yīng)層41的兩側(cè)表面上；第一電極42和第二電極43相互不接觸，位于氧化鋅感應(yīng)層41上，作為無(wú)基底紫外光敏傳感器的電信號(hào)輸出端。
[0044]其中，第一電極42和第二電極43不僅可以設(shè)置在氧化鋅感應(yīng)層41的部分表面上(即第一電極42的面積小于其設(shè)置的氧化鋅感應(yīng)層41的一側(cè)表面的面積，第二電極43的面積小于其設(shè)置的氧化鋅感應(yīng)層41的另一側(cè)表面的面積)，優(yōu)選地，第一電極42和第二電極43為叉指電極；還可以設(shè)置在氧化鋅感應(yīng)層41的全部