[發(fā)明專利]ZnO/納米晶金剛石薄膜異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110359607.5
• 申請(qǐng)日: 2011-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102386281A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王林軍;潘瀟雨;曾慶鍇;莊曉鳳;劉晟;黃健;唐可;夏義本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L31/0296;H01L31/0224
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于ZnO/納米晶金剛石薄膜異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制造方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料器件制造工藝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金剛石薄膜是近年來(lái)得到廣泛重視和迅速發(fā)展的新型電子材料之一，由于其具有良好的透光性、耐磨性和耐化學(xué)腐蝕性，使得金剛石薄膜成為最理想的光學(xué)窗口材料、掩膜材料和光學(xué)部件涂層材料之一。

金剛石具有最高的熱導(dǎo)率(20?W/?(cm?·K)?)?，約為Cu?的5?倍，是理想的熱交換材料，禁帶寬度大，介電常數(shù)低，擊穿電壓高，常溫下具有很高的電阻率，結(jié)合(以及)高的抗輻射能力及良好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性，因此常用于高溫、高輻射通量等惡劣的環(huán)境中。ZnO?是一種很重要的II-VI?族半導(dǎo)體材料，具有許多卓越的性能。ZnO?在聲表面波濾波器(SAW)?、氣敏傳感器、透明導(dǎo)電層、發(fā)光二極管，尤其在紫外光探測(cè)上有著廣泛的應(yīng)用。紫外探測(cè)技術(shù)是繼紅外和激光探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一軍民兩用光電探測(cè)技術(shù)。紫外探測(cè)器大都工作在極其惡劣的環(huán)境下，像火焰燃燒監(jiān)視器、導(dǎo)彈羽煙探測(cè)器等，在工業(yè)上像航空、汽車、石油等工業(yè)都要求能夠耐受高溫和惡劣環(huán)境的光探測(cè)器。

到目前為止，關(guān)于紫外光電探測(cè)器的報(bào)道多基于多晶金剛石薄膜和氧化鋅薄膜，而納米晶薄膜的晶粒可以小到幾個(gè)納米，表面光滑平整，摩擦系數(shù)小，易于干法刻蝕，其缺陷、晶界尺度以及表面粗糙度遠(yuǎn)低于常規(guī)微米金剛石薄膜，同時(shí)它的硬度比常規(guī)金剛石薄膜低的多，有利于薄膜進(jìn)行后續(xù)拋光，進(jìn)而降低制備成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的內(nèi)容是在氫終端納米晶金剛石薄膜上，生長(zhǎng)摻鋁ZnO薄膜，制備紫外光電探測(cè)器。

本發(fā)明的主要目的在于采用高電導(dǎo)率的氫終端納米晶金剛石薄膜作為p型層，并在此層上制備高質(zhì)量n型ZnO薄膜，從而獲得ZnO/納米晶金剛石異質(zhì)結(jié)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明ZnO/納米晶金剛石異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備采用如下技術(shù)方案及步驟。本發(fā)明一種ZnO/納米晶金剛石異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟：

一、硅襯底上氫終端納米晶金剛石薄膜的制備

（1）納米晶金剛石薄膜制備過(guò)程：采用（100）鏡面拋光硅片作為沉積襯底；采用氫氟酸（HF）超聲清洗5-15分鐘，以去除表面的氧化硅層。為了增加金剛石薄膜的成核密度，使用100nm粒徑的金剛石粉末對(duì)硅襯底機(jī)械研磨10-15分鐘；將研磨后的硅片放在混有100nm金剛石粉的丙酮溶液中超聲清洗10-20分鐘；最后再將硅片用去離子水和丙酮分別超聲清洗，直至硅片表面潔凈，烘干后放入熱絲輔助化學(xué)化學(xué)氣相沉積（HFCVD）裝置的反應(yīng)室內(nèi)；

用真空泵對(duì)HFCVD反應(yīng)室抽真空至5-7Pa，通入丙酮、氫氣的混合反應(yīng)氣體，調(diào)節(jié)丙酮、氫氣的流量分別為40-50標(biāo)準(zhǔn)毫升/分、160-180標(biāo)準(zhǔn)毫升/分；反應(yīng)室的氣壓設(shè)定為0.8-1.5kPa，襯底溫度控制在650-750°C，熱絲電壓設(shè)定10-14V，在熱絲與襯底間加載負(fù)偏壓，偏壓電流2-3A，薄膜生長(zhǎng)時(shí)間3-4小時(shí)；在硅襯底上制得納米金剛石薄膜；

（2）氫處理：將上述制備的納米晶金剛石薄膜放入微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）裝置的反應(yīng)室內(nèi)，用真空泵對(duì)MPCVD反應(yīng)室抽真空至5-7Pa，然后用分子泵對(duì)反應(yīng)室抽真空至10^-2Pa以下，通入氫氣，調(diào)節(jié)氫氣的流量為100-160標(biāo)準(zhǔn)毫升/分；反應(yīng)室的氣壓設(shè)定為2-3kPa，襯底溫度控制在350-450°C，微波功率設(shè)定為1800-2400W，表面處理時(shí)間0.5-1小時(shí)；最終在硅襯底上制得氫終端納米金剛石薄膜；

二、摻鋁?ZnO薄膜的制備：

采用射頻反應(yīng)磁控濺射法在p型納米晶金剛石薄膜上制備摻鋁ZnO薄膜；靶材為摻鋁的高純ZnO陶瓷靶；沉積過(guò)程中，工作氣體是Ar氣；Ar流量為7-10標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，工作氣壓0.2-0.7Pa；濺射功率100-250W；

三、電極制備：