[發(fā)明專(zhuān)利]MgZnO基光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810231659.2
• 申請(qǐng)日: 2008-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101425553A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙莉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 彩虹集團(tuán)公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱海臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MgZnO基光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制作方法，尤其是采用MgZnO合金薄膜作為半導(dǎo)體層，構(gòu)成了金屬—半導(dǎo)體—金屬M(fèi)SM結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)探測(cè)器原型器件的方法。

背景技術(shù)

紫外探測(cè)器被廣泛的應(yīng)用于天文學(xué)、燃燒工程、水凈化處理、火焰探測(cè)、生物效應(yīng)、天際通信以及環(huán)境污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。紫外探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是研制高靈敏度、低噪聲的紫外探測(cè)器。目前，已投入商用的紫外探測(cè)器，主要有紫外真空二極管、紫外光電倍增管、紫外增強(qiáng)器、紫外攝像管和固體紫外探測(cè)器等，其中常用的是光電倍增管和硅基紫外光電二極管。硅基紫外光電管需要附帶濾光片，光電倍增管則需要在高電壓下工作，而且體積笨重、效率低、易損壞且成本較高，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有一定的局限性。因此，人們開(kāi)始關(guān)注寬帶隙半導(dǎo)體紫外探測(cè)器。在過(guò)去十年中，為了避免使用昂貴的濾光器，實(shí)現(xiàn)紫外探測(cè)器在太陽(yáng)盲區(qū)下(200～300nm)工作，SiC、金剛石薄膜、GaN基和ZnO基等寬帶隙半導(dǎo)體紫外探測(cè)器，已引起研究人員的廣泛重視。隨著ZnO基量子阱材料制備工藝的成熟，已使得生長(zhǎng)晶格匹配的量子阱結(jié)構(gòu)成為可能，且如果在ZnO基材料中摻入Mg、Zn、Cd，可使其禁帶寬度橫跨盲陽(yáng)紫外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)。

利用MgZnO合金薄膜作為半導(dǎo)體層，利用真空蒸發(fā)方法在薄膜上鍍制的Al叉指狀電極，制備出金屬—半導(dǎo)體—金屬(MSM)結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)探測(cè)器原型器件(Averin?S?V等人(Averin?S?V，Sachot?R.High2speed?MSM2photodetectors.13th?IntCrimean?onference，Microwave?&?Telecommunication?Technology，2003，9：190)曾對(duì)這種MSM結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁場(chǎng)模擬，結(jié)果顯示電場(chǎng)強(qiáng)度主要集中在材料表面附近，電場(chǎng)強(qiáng)度的有效滲透深度很低)。由于玻璃襯底和MgZnO薄膜之間較大的晶格失配及熱膨脹系數(shù)的差異，常會(huì)導(dǎo)致薄膜成三維島狀生長(zhǎng)，影響薄膜的晶體質(zhì)量，而且晶格失配還常會(huì)在沉積的MgZnO薄膜中引入應(yīng)力，這種應(yīng)力及應(yīng)力弛豫都會(huì)對(duì)半導(dǎo)體的性能產(chǎn)生較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可顯著改善所沉積薄膜的晶體質(zhì)量的MgZnO基光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制作方法。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種MgZnO基光電導(dǎo)型紫外探測(cè)器的制作方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一：對(duì)玻璃基底進(jìn)行清洗；

步驟二：在無(wú)基底溫度的情況下，在玻璃基底上濺射厚度為200—800nm的MgZnO合金薄膜層；

步驟三：在常壓下，于空氣中對(duì)濺射MgZnO合金薄膜層的玻璃基底進(jìn)行退火處理；退火溫度為250℃-450℃，退火時(shí)間2h；

步驟四：利用真空蒸發(fā)方法在退火后的MgZnO合金薄膜上鍍100--300nm的A1叉指狀電極。

所述步驟一中對(duì)玻璃基底進(jìn)行清洗，清洗液采用濃硫酸和雙氧水，以體積百分比7：3的比例混合后煮沸，然后用去離子水沖洗，再使用丙酮、酒精和去離子水各超聲清洗15—30min。所述步驟二中的濺射工藝參數(shù)為：濺射功率為300W，本底真空為1.4×10^-3Pa，濺射壓強(qiáng)為0.5—1Pa。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)玻璃襯底表面進(jìn)行預(yù)處理，采用濺射工藝實(shí)現(xiàn)MgZnO合金薄膜的生長(zhǎng)；對(duì)鍍制好的MgZnO合金薄膜進(jìn)行空氣中不同溫度下的退火處理以釋放其應(yīng)力，改善了所沉積薄膜的晶體質(zhì)量。從不同溫度下退火處理的MgZnO薄膜原子力顯微鏡照片可看出，隨著退火溫度的增加，薄膜表面變得平滑，并且平均粒徑變大，退火處理使表面原子發(fā)生遷移，從而改善了薄膜的表面粗糙度。薄膜的厚度約為200—800nm。

對(duì)不同條件下制備的器件用中心波長(zhǎng)為264nm的紫外燈在距離15cm處照射下進(jìn)行I-V特性測(cè)量，各個(gè)器件的I-V特性曲線(xiàn)顯示，在-20V～20V的周期電壓范圍內(nèi)恒定紫外光照下，各器件總體呈現(xiàn)暗電流和光照電流均隨外加偏壓呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，這說(shuō)明所制備的探測(cè)器電極接觸大部分是良好的歐姆接觸。暗電流很小，光照電流與暗電流差別較大，這說(shuō)明本發(fā)明制備的探測(cè)器具有良好的響應(yīng)特性。由于選用的光源波段屬于紫外，器件良好的I—V特性也說(shuō)明MgZnO基探測(cè)器對(duì)紫外波段響應(yīng)明顯。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的紫外探測(cè)器的交叉指狀電極模板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的MgZnO合金薄膜經(jīng)過(guò)250℃退火處理后的二維原子力顯微鏡圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的MgZnO合金薄膜經(jīng)過(guò)250℃退火處理后的三維原子力顯微鏡圖；