[發明專利]具有鈍化處理的寬禁帶氧化物半導體薄膜層的紫外探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201310210273.4
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103268897A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 劉彩霞;劉國華;阮圣平;張海峰;郭文濱;周敬然;董瑋;沈亮;張歆東;溫善鵬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/0264;H01L31/18
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于半導體光電器件技術領域，具體涉及一種具有硫化銨溶液鈍化處理的寬禁帶氧化物半導體薄膜層的紫外光探測器及其制備方法。

背景技術

紫外探測是一種繼激光、紅外光及可見光探測以外的又一門極具實用和應用價值的新興探測技術，在天文學、環境監測、紫外通信、燃燒工程以及軍事國防等領域上展現出潛在的前景和應用價值。

隨著紫外探測技術的發展，紫外探測器的基體材料經歷從第一代半導體Si(硅)、第二代半導體GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)等過渡到寬禁帶化合物半導體diamond(金剛石)、GaN(氮化鎵)、TiO₂(二氧化鈦)、ZnO(氧化鋅)等材料。尤其一些寬禁帶氧化物半導體具有禁帶寬度大、電子漂移速度高、介電常數小等卓越的物理化學優勢和潛在的技術優勢，顯示出在紫外探測領域巨大的發展前景。TiO₂由于具有優異的光電性能、穩定的物理化學特性以及低廉的價格等而備受關注。但在材料生長、制備工藝、器件結構等方面仍存在缺陷，紫外探測器發展比較緩慢。材料表面存在的表面態，很大程度上影響光伏型器件的光增益與光響應，因此為了研究更高性能、高可靠性和高穩定性的TiO₂紫外探測器，尋求如何減小材料表面態已經成為近年來研究的熱點問題之一。

(NH₄)₂S(硫化銨)溶液在界面修飾以及鈍化處理材料表面方面有廣泛的應用，其上的硫原子、氮原子以及氨基上的氫原子在鈍化懸掛鍵減小表面態方面的前景廣闊。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有硫化銨溶液鈍化處理的寬禁帶氧化物半導體材料薄膜層的紫外光探測器及其制備方法。

本發明所述的紫外光探測器，其特征在于：由襯底（石英襯底、藍寶石襯底、硅襯底等）、經(NH₄)₂S溶液鈍化處理的光敏感寬禁帶氧化物半導體（TiO₂、ZnO、SrTiO₃等）薄膜層、金屬叉指電極（金屬為Au、Pt等）組成，襯底的厚度為3～5mm，長度和寬度均為12～18mm，薄膜層的厚度為100～200nm，金屬叉指電極的厚度為30～150nm，電極寬度為5～60μm，電極間距為5～30μm。

經(NH₄)₂S溶液鈍化處理的光敏感寬禁帶氧化物半導體（TiO₂、ZnO、SrTiO₃等）薄膜層是將溶膠凝膠法制備好的TiO₂等薄膜采用硫化銨溶液鈍化處理。由于靜電吸引作用，一方面TiO₂等薄膜表面露出的氧的懸掛鍵，與氨基結合形成類似雙極子的束縛鍵(O-N)，另一方面強極性鍵(N-H)上的氫核與電負性很大的含孤電子對的氧原子之間形成氫鍵(O…H-N)，最終都減小了TiO₂等薄膜的部分表面電荷，濺射金屬叉指電極后減小了TiO₂等與金屬接觸的界面態，一方面使肖特基勢壘高度減小，有效地改善了光電流和響應時間；另一方面表面電荷的減少抑制了表面漏電流，改善了暗電流，最終提高了器件的整體性能。

本發明所述的一種基于一種寬禁帶氧化物半導體紫外探測器的表面鈍化處理及其制備方法，其步驟如下：

[1]襯底的清洗

將襯底依次放入加有0.5～1.5g金剛砂研磨劑的100mL氯仿、100mL甲醇和100mL去離子水清洗液中，分別超聲10～20分鐘，超聲功率為80～100W，然后在氮氣流下吹干；

[2]TiO₂溶膠的制備

室溫下，將5～15mL醋酸、5～10mL乙酰丙酮、5～10mL去離子水依次滴入不斷攪拌且混合均勻的5～10mL鈦酸四丁酯和80～100mL乙醇的混合液中，持續攪拌直到得到均勻透明的橙紅色溶膠，陳化24～48小時后得到TiO₂溶膠；

[3]TiO₂薄膜的制備

將制備好的TiO₂溶膠以2500～3000rpm的轉速旋涂在清洗后的襯底上，共旋涂3～5層；每層的勻膠時間為15～20s，每層TiO₂溶膠在120～150℃條件下烘5～7分鐘，空氣中冷卻3～5分鐘；然后將旋涂好TiO₂溶膠的襯底片放在馬弗爐中，550～650℃條件下燒結2～3小時，即形成銳鈦礦型TiO₂薄膜；