專利名稱：：基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及紫外光探測器領(lǐng)域，尤其涉及一種禁帶帶隙可調(diào)的寬光譜紫外光探測器，屬于寬禁帶半導(dǎo)體探測器制造
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：紫外光探測器的原理當(dāng)紫外光輻射后，沿入射路徑會產(chǎn)生大量的電子_空穴對，這些自由電荷在外電場作用下向兩極漂移，產(chǎn)生的電信號被收集放大而得到。紫外光探測器是繼紅外和激光探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一新型探測技術(shù)。目前，在商業(yè)和軍事上應(yīng)用的紫外探測器主要是光電倍增管和硅基紫外光電管為主。兩者存在體積笨重，功耗大以及需附帶濾光片等缺點(diǎn)，對于實(shí)際應(yīng)用有一定的局限性。為了滿足日益增長的需求，科研工作者對功率小、體積小、成本低、光通道簡單的紫外探測器進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)寬禁帶半導(dǎo)體材料AlxGai_xN與MgxZni_x0這兩種材料都比較適合制備紫外光探測器，尤其是日盲區(qū)探測器。但是，由于AlxGai_xN的生長條件比較苛刻，高A1組分的AlxGal-xN薄膜摻雜比較困難。2002年美國S.Choopimetal.首次利用激光脈沖沉積法(PLD)生長立方相MgZnO_月莫(S.Choopunetal.,Realizationofbandgapabove5.Oevinmetastablecubic-phaseMgxZnl-xOalloyfilms，Appl.Phy.Lett.，80，1529(2002))，并對其在光電器件領(lǐng)域應(yīng)用的可行性進(jìn)行了探討。2008年，中國長春光機(jī)所的鞠振剛、張吉英等人利用M0CVD法成功制備出0.5<x<0.7的高M(jìn)g含量的MgxZnl-xO的薄膜(Z.G..Ju，etal,Mg^rij^O-basedphotodetectorscoveringthewholesolar-blindspectrumrange,Appl.Phy.Lett.，93，173505(2008))，證明通過改變Mg的含量，以MgxZni_x0為基的光電紫外探測器完全可以覆蓋整個(gè)日盲區(qū)的范圍。MgZnO三元合金是由ZnO和MgO按一定的組分固溶而成，當(dāng)MgO組分較低時(shí)為六方結(jié)構(gòu)，反之則為立方結(jié)構(gòu)。改變Mg含量可以實(shí)現(xiàn)帶隙連續(xù)可調(diào)且MgxZni_x0薄膜與ZnO具有接近的光學(xué)性能，對可見和近紅外光的透射率約為85%。隨著Mg含量的增加，吸收邊在紫外光區(qū)藍(lán)移，吸收的紫外光對應(yīng)當(dāng)波長范圍為160nm375nm，該范圍覆蓋了地球上臭氧層吸收的主要窗口200nm280nm。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所取得的成就以及存在的不足，本發(fā)明的目的旨在于提供一種基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器及其制備方法，解決以往探測器在紫外光輻射后，復(fù)合耗盡速度快且不能形成良好的歐姆接觸等問題，增強(qiáng)薄膜間的附著力，進(jìn)一步提高探測器的檢測靈敏度。本發(fā)明的上述第一個(gè)目的，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，所述鎂鋅氧化物薄膜生成于襯底材料上，且所述紫外光探測器具有生成于鎂鋅氧化物薄膜之上的金屬薄膜叉指電極，其特征在于所述金屬薄膜叉指電極間隔地在其指電極與鎂鋅氧化物薄膜之間夾設(shè)有導(dǎo)電層。其中該導(dǎo)電層可選至少包括鉬Mo、鉭Ta、鈦Ti、鎢W、鎳Ni的金屬薄膜，且導(dǎo)電層薄膜厚度介于lnmlOOnm；該鎂鋅氧化物薄膜的構(gòu)成為MgxZni_xO，其中0.01<x<0.8，且該鎂鋅氧化物薄膜為與襯底材料晶格匹配的厚度介于5nm1ym的薄膜；該金屬薄膜叉指電極為厚度介于lnm200nm的金Au或鋁A1指狀薄膜，與導(dǎo)電層形成歐姆接觸；該襯底材料之一為硅Si襯底。本發(fā)明的上述第二個(gè)目的，即基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器的制備方法，其特征步驟包括I、預(yù)制備表面清潔、干燥的硅片；II、真空條件下，在硅片表面生成鎂鋅氧化物薄膜；III、在鎂鋅氧化物薄膜表面通過光刻法形成指寬和間距均為5ym、指長為500iim2000um的叉指掩模結(jié)構(gòu)；IV、采用電子束蒸發(fā)的方法在叉指掩模結(jié)構(gòu)上依次沉積導(dǎo)電層及金屬薄膜。進(jìn)一步地，上述制備方法步驟II中，在硅片表面生成鎂鋅氧化物薄膜的方法可選包括真空條件下的磁控濺射法、物理氣相沉積法、電子束蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法或分子束外延法等。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，較之于現(xiàn)有技術(shù)其顯著的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器及其制備方法，有效增強(qiáng)了薄膜之間的附著力，使產(chǎn)生的光生電子與空穴有效分離，減小電子與空穴的復(fù)合，促進(jìn)光生載流子的產(chǎn)生并延長其壽命，使光電流更強(qiáng)，從而進(jìn)一步提高了探測器的靈敏度。此外，該紫外光探測器還具有體積小、功耗小、工作電壓低、靈敏度高、測量準(zhǔn)確、光通道簡單等優(yōu)點(diǎn)。為使本發(fā)明基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器及其制備方法更易于理解其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)及其所具的實(shí)用性，下面便結(jié)合附圖對本發(fā)明一具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但以下關(guān)于實(shí)施例的描述及說明對本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。圖1是本發(fā)明紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明叉指電極的結(jié)構(gòu)示意圖。其中各附圖標(biāo)記的含義為1硅襯底、2鎂鋅氧化物、3導(dǎo)電層、4金屬薄膜叉指電極。具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于禁帶寬度連續(xù)可調(diào)、無毒、制備工藝簡單、原料豐富的鎂鋅氧化物薄膜紫外光探測器及其制備方法，其創(chuàng)新地通過在MgxZni_x0薄膜與叉指電極之間引入導(dǎo)電層，有利于產(chǎn)生的光生電子與空穴的高效分離，從而提高探測器的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等性能，其具體制備工藝步驟如圖1所示A、襯底預(yù)處理采用(001)硅片作為襯底1，將硅片放入濃硫酸與雙氧水的11混合溶液中煮沸10分鐘，除去有機(jī)物；之后用氫氟酸超聲清洗510分鐘，去除表面氧化層；接著用丙酮、無水乙醇超聲20分鐘，用離子水反復(fù)沖洗干凈，最后在垂直層流潔凈工作臺中用氮?dú)鈱⒐杵蹈伞?B、鎂鋅氧化物薄膜生長過程清洗好的硅片放置于激光脈沖(PLD)薄膜生長系統(tǒng)中，MgZnO靶材是將一定配比的99.99%的ZnO與MgO粉末經(jīng)球磨機(jī)均勻球磨24小時(shí)之后，先在600°C預(yù)燒5小時(shí)，然后放在高溫爐中900°C燒結(jié)10小時(shí)，最終形成致密的不同比例的MgZnO靶材。用脈沖準(zhǔn)分子激光器以KrF為工作氣體(入=248nm,f=l-10Hz)，薄膜生長過程中生長室的背底真空抽到3X10_5Pa，以純度為99.999%的高純02作為反應(yīng)氣體，并且該鎂鋅氧化物氧化物薄膜與襯底材料晶格匹配度較高。薄膜生長溫度控制在650°C-800°C范圍內(nèi)，壓強(qiáng)在2X10_3-2Pa之間變化，沉積時(shí)間為1-3小時(shí)，成積到該鎂鋅氧化物氧化物薄膜2與襯底材料晶格匹配度相對較高。C、制作電極的過程將上述制得MgZnO薄膜上表面，經(jīng)光刻工藝(6英寸雙面對準(zhǔn)光刻機(jī)(MA6-BA6))形成指寬和間距均為5um,指長為500um-2000um的叉指狀掩模結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，然后用電子束蒸發(fā)(ei-5Z)蒸鍍導(dǎo)電層3——鈦Ti(lnm-100nm厚度可調(diào))和金屬薄膜叉指電極4——金Au(lnm-200nm厚度可調(diào))。最后將器件在N2中400°C退火30分鐘形成良好的歐姆接觸，最終制得鎂鋅氧紫外光探測器。本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、功耗小、工作電壓低、靈敏度高、測量準(zhǔn)確、光通道簡單等優(yōu)點(diǎn)于一身的紫外光探測器。本發(fā)明制備的MgxZni_x0薄膜具有薄膜致密度高、結(jié)晶好，薄膜和基底之間附著力強(qiáng)、參數(shù)可控性好、重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。通過在叉指電極與MgxZni_x0薄膜之間引入導(dǎo)電層，增強(qiáng)薄膜之間的附著力，使產(chǎn)生的光生電子與空穴有效分離，減小電子與空穴的復(fù)合，促進(jìn)光生載流子的產(chǎn)生并延長載流子壽命，得到較強(qiáng)的光電流，從而提高探測器的靈敏度。其中MgxZni_x0薄膜已為常規(guī)技術(shù)，其中x的濃度配比為0.01<x<0.08。該雖然在現(xiàn)有技術(shù)中公開了x更精確的數(shù)值，但對于本發(fā)明引入導(dǎo)電層的主要特征，其x的濃度范圍具有一個(gè)較寬的范圍。除以上實(shí)施例外，本發(fā)明的選材和制法具有多樣性，具體來看一、該導(dǎo)電層還可選鉬Mo、鉭Ta、鎢W、鎳Ni的金屬薄膜，所述導(dǎo)電層薄膜厚度介于lnm100nm的范圍任選；二、該金屬薄膜叉指電極可為厚度介于lnm200nm的金薄膜或鋁薄膜；三、該紫外光探測器的制法工藝上，步驟II所選用的方法可選包括真空條件下的磁控濺射法、物理氣相沉積法、脈沖激光沉積法或分子束外延法。以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范例中的頗具代表性的一個(gè)實(shí)施例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，所述鎂鋅氧化物薄膜生成于襯底材料上，且所述紫外光探測器具有生成于鎂鋅氧化物薄膜之上的金屬薄膜叉指電極，其特征在于所述金屬薄膜叉指電極間隔地在其指電極與鎂鋅氧化物薄膜之間夾設(shè)有導(dǎo)電層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，其特征在于所述導(dǎo)電層可選至少包括鉬Mo、鉭Ta、鈦Ti、鎢W、鎳Ni的金屬薄膜，所述導(dǎo)電層薄膜厚度介于InmIOOnm03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，其特征在于所述鎂鋅氧化物薄膜的構(gòu)成為MgxZrvxO,其中0.01<χ<0.8。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，其特征在于所述鎂鋅氧化物薄膜為與襯底材料晶格匹配的厚度介于5nm1μm的薄膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，其特征在于所述金屬薄膜叉指電極為厚度介于Inm200nm的金Au或鋁Al指狀薄膜，所述導(dǎo)電層與金屬薄膜叉指電極間形成歐姆接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，其特征在于所述襯底材料之一為硅Si襯底。7.權(quán)利要求1所述基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器的制備方法，其特征步驟包括I、預(yù)制備表面清潔、干燥的硅片；II、真空條件下，在硅片表面生成鎂鋅氧化物薄膜；III、在鎂鋅氧化物薄膜表面通過光刻法形成指寬和間距均為5μm、指長為500μπι2000μm的叉指掩模結(jié)構(gòu)；IV、采用電子束蒸發(fā)的方法在叉指掩模結(jié)構(gòu)上依次沉積導(dǎo)電層及金屬薄膜。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器的制備方法，其特征在于步驟II在硅片表面生成鎂鋅氧化物薄膜的方法可選包括真空條件下的磁控濺射法、物理氣相沉積法、電子束蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法或分子束外延法。全文摘要本發(fā)明揭示了一種基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器，其中鎂鋅氧化物薄膜生成于襯底材料上，并于鎂鋅氧化物薄膜上進(jìn)一步生成有金屬薄膜叉指電極。其特點(diǎn)體現(xiàn)為該金屬薄膜叉指電極間隔地在其指電極與鎂鋅氧化物薄膜之間夾設(shè)有導(dǎo)電層。從制法上來看，即在完成鎂鋅氧化物薄膜制備后，將導(dǎo)電層先于金屬電極沉積到鎂鋅氧化物薄膜之上。本發(fā)明基于鎂鋅氧化物薄膜的紫外光探測器及其制法，有效增強(qiáng)了薄膜之間的附著力，使產(chǎn)生的光生電子與空穴有效分離，減小電子與空穴的復(fù)合，促進(jìn)光生載流子的產(chǎn)生并延長其壽命，使光電流更強(qiáng)，從而進(jìn)一步提高了探測器的靈敏度。文檔編號H01L31/09GK101887925SQ20101020776公開日2010年11月17日申請日期2010年6月21日優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日發(fā)明者李景,王亦,蔣春萍,顧濟(jì)華,馬仙梅申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所