本发明属于紫外光电探测，涉及一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列及其制备方法和在光电化学型光电探测器的应用。
背景技术：
1、紫外光探测器因其在导弹报警、生物分析、环境传感器和空间探索等领域的广泛应用而受到广泛关注。目前，ga2o3、gan、zns、金刚石、tio2、zno、sic等宽禁带半导体材料相继问世，极大地推动了高灵敏度紫外光探测器的发展。然而，传统的紫外光pd仍然存在环境适应性差、对低能量紫外光响应不足、制作工艺昂贵和复杂等限制其应用的种种限制。因此，开发具有高光响应性、高光谱灵敏度和高稳定性的新型紫外光探测器以满足日益增长的需求是至关重要的。近年来，pec uv pd正在成为一种新的高性能器件，它具有可圈可点的质量，如重量轻、环保，以及负担得起的制造工艺，使它们在智能电子的未来非常有前途。通过光电化学技术，pec pd可以高效地将光能转化为电能。它们有效地用于污染物降解的环境修复、可持续的燃料和化学生产，以及用于环境和生物监测的先进分析系统，这要归功于它们通过pec电池将电磁辐射转换为化学燃料和电力的有效方法。在设计pec pd时，不仅要考虑材料的光电转换，还要考虑界面化学反应的效率。一维(1d)纳米线结构提供了更大的固液反应界面，在pec电极中显示出天然的优势，低维度的纳米线结构可以缩短载流子的传输时间，限制电荷载流子的活跃区域。这些优点导致了所构建的pec pd具有较高的光导增益和响应性。
2、在各种宽带隙半导体中，作为典型第三代半导体的4h-sic材料因其宽带隙、高载流子迁移率、优异的物理/化学稳定性和独特的光电性能而被广泛认为是最适合用于uv pd的候选者之一。迄今为止，一些研究集中在sic纳米材料的传统uv pd应用上，并证明了其优异的光探测性能。然而，据我们所知，目前少有基于sic纳米材料的pec uv pd的研究，主要原因可总结为如下两点：首先，在pec uv pd中，半导体与电解质溶液界面的电荷转移过程对光阳极材料要求较高，通常需要使用一维纳米结构半导体材料，以提供更多电荷转移位点，促进离子迁移速率，实现快速、高效的光电转换。其次，纯sic由于受到其自身光电化学性能所限，作为单一光阳极材料时无法与电解质溶液产生良好的光电化学效应。在光照条件下产生的电子-空穴对数量有限，且其与电解质溶液的界面特性不利于高效的光电化学反应。
技术实现思路
1、本发明针对上述现有技术中的不足之处，旨在提供一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列，有效地解决了由纯sic构建而成的阵列作为光阳极存在的光响应缓慢以及暗电流较高等问题。
2、本发明的一个目的可通过下列技术方案来实现：
3、一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列，所述纳米阵列通过在sic基底上进行阳极氧化，然后进行化学浴沉积在sic基底上生长出zns。
4、本发明还提供了一种上述自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，所述方法包括如下步骤：
5、s1、将sic置于电解液中进行阳极氧化得到单晶集成自支撑sic纳米线阵列；
6、s2、将单晶集成自支撑sic纳米线阵列置于zn源溶液中进行油浴，最后经清洗干燥得自支撑sic/zns异质结纳米阵列。
7、在上述一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法中，电解液为体积比(5-8)：(2-5)：1的c2h5oh、hf和h2o2的混合液。
8、在上述一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法中，阳极氧化次数为3次，其中每一次阳极氧化具体包括如下步骤：先在15-20v下阳极氧化0.5-2min，周期为0.6-1.0ms(ton＝0.3-0.5ms，toff＝0.3-0.5ms)，然后在25-35v下阳极氧化150-250s，除去其表面帽层后再在15-20v下阳极氧化8-12min。
9、本发明需要严格控制阳极氧化时间，因为时间过短会导致sic晶片表面无法形成阵列结构，使得材料光吸收能力降低，时间过长又会导致阳极氧化深度过大，使得载流子传输路径过长导致载流子复合，降低光电性能。
10、在上述一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法中，zn源溶液的制备方法包括如下步骤：将zn(ch3cooh)2·2h2o和聚乙烯吡咯烷酮均匀混合得混合溶液，然后将混合溶液倒入含ch3csnh2的水溶液中混合得zn源溶液。
11、在上述一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法中，zn(ch3cooh)2·2h2o、聚乙烯吡咯烷酮和ch3csnh2的质量比为(2.5-3.5)：(1-5)：1。本发明严格控制zn(ch3cooh)2·2h2o、聚乙烯吡咯烷酮和ch3csnh2的配比，可以确保反应物能够得到充分利用，避免了原料的浪费，这种精确的配比不仅提高了zns的合成效率，还使得zns能够均匀地分布到sic纳米线阵列中，进而优化了sic/zns异质结纳米阵列的结构和性能，这种均匀分布有助于改善载流子的传输性能，提高光电流，最终实现了高性能的光电化学型紫外光电探测器。
12、在上述一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法中，步骤s2油浴温度为80-120℃，时间为20-30min。本发明通过控制油浴温度确保zns能够在sic纳米线阵列上均匀合成，同时避免不必要的安全风险。如果温度过高，可能会导致溶液剧烈沸腾，增加制备过程中的危险性，并可能破坏zns在sic纳米线阵列上的均匀分布。另一方面，如果温度过低，则可能导致合成过程变得异常缓慢，甚至完全停止，这将直接影响到zns的合成效率和质量，最终可能导致合成失败。因此，对于本发明精确控制油浴温度对于确保zns均匀合成到sic纳米线阵列中，并保持良好的反应速率和安全性至关重要。
13、在上述一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法中，所述自支撑sic/zns异质结纳米阵列吸收的光源波长范围为200-480nm。
14、本发明提供了一种光电化学型紫外光电探测器，所述光电化学型紫外光电探测器的工作电极为上述自支撑sic/zns异质结纳米阵列。
15、作为优选，所述光电化学型紫外光电探测器包括：
16、上述自支撑sic/zns异质结纳米阵列、pt电极和ag/agcl(饱和kcl溶液)电极，其中sic/zns异质结纳米阵列材料、pt电极和ag/agcl(饱和kcl溶液)电极分别为工作电极、对电极、参比电极。
17、本发明还提供了一种上述光电化学型紫外光电探测器的制备方法，所述方法包括如下步骤：将上述自支撑sic/zns异质结纳米阵列作为工作电极，pt电极为对电极，ag/agcl(饱和kcl溶液)电极为参比电极，利用电化学工作站(中国上海陈华仪器有限公司chi660d)组装成典型三电极体系；电解质溶液设置于反应容器内，上述自支撑电极可拆卸地设置于容器盖上，三电极浸入电解质溶液，容器盖盖合反应容器形成sic/zns基光电化学型紫外光电探测器。
18、在上述一种光电化学型紫外光电探测器中，所述紫外光电探测器在0.6v的偏压下以及27.1mw/cm2的低光功率密度下，0.5mol/l na2so4溶液中的光电流可达750-850μa/cm2。
19、作为优选，在施加偏置电压、紫外光作用时，所述sic/zns基光电化学型紫外光电探测器的光电流随光强度的增加而增大。
20、作为优选，在施加偏置电压、紫外光作用时，所述sic/zns基光电化学型紫外光电探测器的光电流随电解液浓度的增加而增大。
21、作为优选，在施加偏置电压、紫外光作用时，所述sic/zns基光电化学型紫外光电探测器比纯sic纳米线阵列基光电化学型紫外光电探测器的光电流均高出1个数量级。
22、作为优选，在施加偏置电压、紫外光作用时，在na2so4溶液中，所述sic/zns基光电化学型紫外光电探测器的光电流随着na2so4溶液浓度的增加而增大。
23、作为优选，在27.1mw/cm2的低光功率密度下，所述sic/zns基光电化学型紫外光电探测器的光响应时间低至5ms。
24、与现有技术相比，本发明的有益效果：
25、1.本发明sic/zns异质结纳米阵列对200-480nm波长范围内的光具有高效的吸收能力，特别是在375nm波长下，实现了光能转换效率的最大化。
26、2.本发明sic/zns异质结纳米阵列的界面处适量的缺陷不仅延长了载流子的寿命，还提供了额外的活性位点，进一步加强了光电流的产生。
27、3.本发明的sic/zns基光电化学型紫外光电探测器相较于纯sic纳米线阵列基紫外光电探测器，在光电流强度上提升了至少一个数量级，展现出显著的性能优势。这主要得益于本发明sic/zns异质结纳米阵列的独特结构，其在异质结界面上形成的内建电场优化了载流子的传输，显著增强了光电流。
28、4.本发明sic/zns基光电化学型紫外光电探测在低至27.1mw/cm2的光功率密度下，展现出快速响应能力，上升和下降时间分别仅5ms和9ms，体现了其优异的时间分辨率。在na2so4溶液中，探测器还表现出长期的运行稳定性和抗老化稳定性，确保了在各种环境下的可靠性。
29、5.本发明自支撑sic/zns异质结纳米阵列采用阳极氧化法和化学浴沉积法制备，工艺简单且成本低廉，为大规模生产创造了条件，预示着该紫外光电探测器在实际应用中的广阔前景。
1.一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列，其特征在于，所述纳米阵列通过在sic基底上进行阳极氧化，然后进行化学浴沉积在sic基底上生长出zns。
2.一种如权利要求1所述自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，电解液为体积比(5-8)：(2-5)：1的c2h5oh、hf和h2o2的混合液。
4.根据权利要求2所述的一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，阳极氧化次数为3次，其中每一次阳极氧化具体包括如下步骤：先在15-20v下阳极氧化0.5-2min，周期为0.6-1.0ms(ton＝0.3-0.5ms，toff＝0.3-0.5ms)，然后在25-35v下阳极氧化150-250s，除去其表面帽层后再在15-20v下阳极氧化8-12min。
5.根据权利要求2所述的一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，zn源溶液的制备方法包括如下步骤：将zn(ch3cooh)2·2h2o和聚乙烯吡咯烷酮均匀混合得混合溶液，然后将混合溶液倒入含ch3csnh2的水溶液中混合得zn源溶液。
6.根据权利要求5所述的一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，zn(ch3cooh)2·2h2o、聚乙烯吡咯烷酮和ch3csnh2的质量比为(2.5-3.5)：(1-5)：1。
7.根据权利要求1所述的一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2油浴温度为80-120℃，时间为20-30min。
8.根据权利要求1所述的一种自支撑sic/zns异质结纳米阵列的制备方法，其特征在于，所述自支撑sic/zns异质结纳米阵列吸收的光源波长范围为200-480nm。
9.一种光电化学型紫外光电探测器，其特征在于，所述光电化学型紫外光电探测器的工作电极为权利要求1所述自支撑sic/zns异质结纳米阵列。
10.根据权利要求9所述的一种光电化学型紫外光电探测器，其特征在于，所述紫外光电探测器在0.6v的偏压下以及27.1mw/cm2的低光功率密度下，0.5mol/l na2so4溶液中的光电流可达750-850μa/cm2。
