[發(fā)明專利]一種鈷摻雜的非晶碳膜/GaAs/Ag光敏電阻器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410069877.6
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103794666A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟章印;俞阿龍;張佳
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號: H01L31/0264
• 分類號: H01L31/0264;H01L31/10;H01L31/20
• 代理公司: 淮安市科文知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 陳靜巧

技術(shù)領(lǐng)域

??本發(fā)明涉及光敏電阻技術(shù)，具體涉及一種鈷摻雜的非晶碳膜/GaAs/Ag光敏電阻器件及其制備方法。

技術(shù)背景

??光敏電阻器件是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，具有對光線十分敏感的特性，其電阻值可隨著外界光照射的強弱（明暗）變化而變化，照射光弱，電阻增大、呈高阻狀態(tài)；照射光強，電阻值將迅速減小。鑒于這一特性，光敏電阻器廣泛用于國防、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家用電器中各種電路的自動控制，或涉及光測量、光控制、光電轉(zhuǎn)換等多種測量儀器。目前，光敏電阻器件的制造，大多采用金屬硫化物、硒化物和碲化物等材料，經(jīng)涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法，在絕緣襯底上制作光敏電阻體及歐姆電極接出引線，封裝于透光密封殼體內(nèi)構(gòu)成。根據(jù)光敏電阻的光譜特性,?可分紫外、可見光、紅外三種光敏電阻器。其中可見光光敏電阻材料主要有硫化鎘和硒化鎘。它們的優(yōu)點是體積小，靈敏度高，光譜特性好，不足之處是受溫度影響大，響應(yīng)速度不快，光照特性為非線性，不適宜做光檢測元件；另外還存在制作成本高，所含有的重金屬鎘，容易對環(huán)境造成污染等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種鈷摻雜的非晶碳膜/GaAs/Ag光敏電阻器件及其制備方法。目的在于制備出一種清潔無污染、工藝簡潔、價格低廉的可見光光敏電阻，替代現(xiàn)有以硫化鎘和硒化鎘為材料制作的可見光光敏電阻。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

本發(fā)明所稱的光敏電阻器件的結(jié)構(gòu)是：其底層為硅（Si）摻雜的n型GaAs基片，基片上設(shè)置的兩個電極區(qū)中的一個電極區(qū)上，鍍有鈷（Co）摻雜的非晶碳膜（a-C：Co），該非晶碳膜層上設(shè)置有鍍銀（Ag）層；基片上設(shè)置的另一個電極區(qū)上直接設(shè)置有鍍銀（Ag）層，兩個鍍銀（Ag）層構(gòu)成一對電極。

本發(fā)明所稱的制備方法是，以硅（Si）摻雜的n型GaAs基片作為底層，底層上預(yù)設(shè)兩個電極區(qū)位。在其中的一個電極區(qū)位的基片上，采用脈沖激光沉積方法制備金屬Co摻雜的a-C膜，并通過掩膜板在所制備的金屬Co摻雜的a-C膜上，再采用真空熱蒸發(fā)方法蒸鍍Ag層；底層上另一個電極區(qū)位的基片上也采用真空熱蒸發(fā)方法直接蒸鍍Ag層。則制備成：由Co摻雜的a-C膜的p型半導(dǎo)體與硅（Si）摻雜的n型GaAs基片構(gòu)成的p-n結(jié)，由硅（Si）摻雜的n型GaAs基片與其上的鍍Ag層構(gòu)成的肖特基結(jié)，屬雙結(jié)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的光敏電阻器件。

??本發(fā)明方法的進一步技術(shù)解決方案：

所述使用硅（Si）摻雜的n-GaAs基片的電阻率約為10^-2Ω.cm；Co摻雜的a-C非晶碳膜的Co摻雜量約為10?at%（原子百分比）。

??所述金屬Co摻雜的a-C膜層厚為35-45nm；鍍Ag層的層厚為50-100nm。本發(fā)明的有益效果

（一）由于本發(fā)明器件為a-C：Co/GaAs形成的p-n結(jié)和GaAs/Ag形成肖特基結(jié)的兩結(jié)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，p-n結(jié)顯著增強了光電流，肖特基結(jié)勢壘降低暗電流，在特定正向偏壓下可獲得最大的光電流與暗電流比的光靈敏度或光電導(dǎo)。經(jīng)測試，該器件在波長為650nm（紅光）功率為45?mW/cm²激光二極管的光照下，開路電壓從0.45V減小為0.25V；加0.3V正向偏壓室溫光電導(dǎo)（光靈敏度）達650，而200K以下甚至達10⁴以上，反向偏壓下無光導(dǎo)現(xiàn)象；光照特性測試結(jié)果為線性。該器件不僅紅光敏感、光靈敏度高、光響應(yīng)速度快，還具有線性的光照特性，可用作火警報警的光電開關(guān)或光功率計。

（二）本發(fā)明器件所取用的原材料價格低廉，制備工藝簡潔，并且環(huán)保無污染。

附圖說明

??圖1為本發(fā)明光敏電阻器件（以下簡稱器件）結(jié)構(gòu)及電光測量示意圖；

??圖2為本發(fā)明器件在波長為650?nm?(紅光)?功率為45?mW/cm²激光二極管光照和無光照下的I-V曲線圖，插圖為低偏壓下的I-V曲線圖；

?圖3-圖6是為證實本發(fā)明器件靜態(tài)等效工作電路圖所提供的證明圖件：

??其中，圖3是在GaAs基片上蒸兩個銀層電極作電光測量實驗（見內(nèi)插圖）證實Ag/GaAs之間呈肖特基結(jié)構(gòu)所測得的I-V曲線圖；???????

圖4是在GaAs基片上兩端（即電極區(qū)位）鍍鈷（Co）摻雜的非晶碳膜，再在該碳膜上蒸鍍兩個銀層電極作電光測量實驗（見內(nèi)插圖）證實Ag/a-C:Co/GaAs之間為?p-n接觸所測得的I-V曲線圖；???????