[發明專利]一種基于錳摻雜氮化銅薄膜的可見光探測器

有效

• 申請號: 201610614357.8
• 申請日: 2016-07-29
• 公開（公告）號: CN106206829B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 李興鰲;趙楊華;楚亮;賈振宏;張巧霞;於愛愛;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于光電探測技術領域，具體涉及一種可見光探測器。

背景技術

可見光探測器在科學技術工業領域有著廣泛的應用，包括光學成像、通信傳感和環境監測等。因此探索新材料應用于可見光探測器具有十分重要的意義。可見光探測器就是對可見光進行探測的一種器件，對于性能穩定的器件，通常在沒有光照的情況下，在探測器兩個電極上加上電壓，所測得的電流大小為一個恒定值，當用可見光照射探測器時，在相同的電壓下，電流會急劇增加，再一次撤掉光照，電流會降低到原始大小。并且光電流會隨著可見光強度的增加而增加，可見光探測器便是通過檢測在一定電壓下電流的變化來判斷周圍可見光強度變化的器件。

由于過渡金屬氮化物特殊的電學的、光學的、磁學的和催化的特性，在下一代電子學和光電子學已經顯示出潛在應用價值。作為一種具有巨大潛力的過渡金屬氮化物，氮化銅擁有和Cu(In,Ga)Se₂半導體相似的耐缺陷特性和合適的可見光吸收特性，以及較低的功函數、自限制的表面氧化和缺陷遷移的穩定性，這使得氮化銅薄膜可以成為在太陽能電池和可見光探測器領域具有前景的耐缺陷光吸收材料。并且，Cu和N元素是環境友好型的豐富資源，原料易得，無需復雜的化學工藝流程，因此低成本的氮化銅材料在納米電子學和光電子學上有著顯著的優勢。直到現在，許多的研究都集中于制備摻雜的氮化銅薄膜，并探索了其光存儲、阻變存儲、自旋電子學和催化劑等方面的應用。但是令人驚訝的是，盡管許多研究者發現了氮化銅薄膜優異的光學特性，基于氮化銅的光探測器并沒有報道。

本發明提供了一種基于氮化銅薄膜的可見光探測器及其制備方法，所述可見光充分體現了氮化銅的光電特性，且制備方法簡單，原料和工業成本低，可批量生產等優點。

發明內容

鑒于現有技術中存在上述技術問題，本發明提供一種基于錳摻雜氮化銅薄膜的可見光探測器及其制備方法。錳摻雜氮化銅薄膜在外加電壓作用下，在可見光照射與暗態下的電流大小不同且易于分辨，暗態電流變化到光照電流以及光照電流恢復到暗態電流的反應時間極短，靈敏度高，并且可以多次重復此性能，尤其適合用于可見光探測器。

本發明采用的技術方案如下所述：

本發明所述的基于錳摻雜氮化銅薄膜的可見光探測器的基本結構主要分為四層，依次包括襯底、底電極、可見光吸收層和頂電極；其中，所述可見光吸收層為錳摻雜氮化銅薄膜。

所述錳摻雜氮化銅薄膜采用雙靶共濺射制備，厚度為50-300nm。

所述襯底為透明電子玻璃或者載玻片；

所述底電極為透明導電薄膜，如：FTO、ITO、AZO等；

所述頂電極為金屬材料，如：Au、Ag、Cu、Al、Pt、Ti等。

本發明所述的可見光探測器為最簡單的三明治結構，可見光吸收層3為錳摻雜氮化銅薄膜，位于底電極2和頂電極4之間。

本發明還提供所述的錳摻雜氮化銅薄膜的可見光探測器的制備方法，具體步驟為：

a.在透明導電薄膜上，用稀鹽酸和鋅粉進行刻蝕，制得導電層，作為底電極；

b.清洗并烘干上述襯底，并以此作為基片，采用雙靶共濺射制備錳摻雜氮化銅薄膜，得到可見光吸收層；

c.直接在上述基片的可見光吸收層上，通過濺射靶材或蒸發蒸鍍制備頂電極。

其中，所述襯底為透明電子玻璃或者載玻片；所述底電極為透明導電薄膜，如：FTO、ITO、AZO等；所述頂電極為金屬材料，如：Au、Ag、Cu、Al、Pt、Ti等。

其中，底電極的寬度為0.8cm；錳摻雜氮化銅薄膜厚度約為50-300nm；頂電極的厚度為100nm。

在上述步驟b中，錳摻雜氮化銅薄膜的制備過程為：將基片放置于真空度優于5.0×10^-4Pa的環境中，采用高純度的銅靶材和錳靶材在通入氮氣和氬氣的氛圍中進行共濺射，制得錳摻雜氮化銅薄膜。

在上述步驟c中，頂電極的制備過程為：將樣品放置于真空度為5.0×10^-4Pa的環境中，再通入純氬氣，通過濺射靶材進行電極的制備，或者轉入高真空環境的蒸發室進行電極的沉積。

本發明的關鍵之一在于用制備出錳摻雜氮化銅薄膜，制備時可以采用純度高達99.999％的銅靶材和99.97％的錳靶材以及99.999％的氮氣和氬氣，在高真空的實驗條件下通入濺射氣體和反應氣體，襯底必須清洗干凈，可分別經過去離子水、丙酮和酒精超聲清洗20min。