[發明專利]鉍?氧化錫深紫外光探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710095162.1
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106876508B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 潘書生;劉倩文;羅媛媛;趙俊乾;李廣海
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙)34118
• 代理人: 任崗生

技術領域

本發明涉及一種探測器及制備方法，尤其是一種鉍-氧化錫深紫外光探測器及其制備方法。

背景技術

紫外光波段探測在軍事預警、衛星間和水下潛艇間安全通信、火焰探測、食品消毒、飲用水凈化等領域有著重要的用途。例如，太陽光輻射經過大氣臭氧層的吸收，到達地球后220-300nm波長范圍的光譜強度極其微弱，稱為日盲區。當該區域內其他產生大量的日盲區紫外輻射時，必然來自于人造光源的物體或目標。導彈固體發動機產生的羽煙對應的紫外光正好處在日盲區，由于日盲區背景輻射弱，因而可以輕易的被探測出來，以為己方提供預警。高鐵運行過程中需要高壓電為其提供動力，由于線路受損或污染導致高壓輸變電因為電場集中而電離空氣分子，產生電暈現象；電暈過程激發空氣中氮氣分子電離，發出深紫外光，電暈不但消耗輸變電能，還有可能因此造成火災等重大安全事故或者高鐵延誤等，通過紫外探測器可以及早發現電網電路問題，進行故障檢修。

SnO₂是一種寬禁帶氧化物半導體，具有寬帶隙(3.6eV)、電學性能優異(載流子遷移率超過250cm²/V·s)、物理化學性質穩定、抗輻照能力強等特點，非常適合制作紫外探測器件。如中國發明專利申請CN 105154841 A于2015年12月16日公布的本申請人的一種鉍摻雜氧化錫薄膜的制備方法。該發明專利申請中提及的薄膜的膜厚為80～120nm，膜中結晶態鉍含量為1～3.8％，膜的電阻率≥4.22Ω·cm、可見光透過率為84.64～88.47％；制備方法為使用磁控濺射法將鉍錫濺射于石英玻璃上。這種薄膜因其具有極高的電阻率和寬光譜帶的高透過率，雖可極易于在太陽能電池、光電子器件等領域得到廣泛的應用，卻和其制備方法都存在著欠缺之處，首先，產物的紫外光探測性能不明顯，難以用于紫外光的探測；其次，制備方法不能獲得具有較高紫外光探測性能的產物。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的欠缺之處，提供一種低暗電流下的窄紫外波段響應的高量子效率和高探測率的鉍-氧化錫深紫外光探測器。

本發明要解決的另一個技術問題為提供一種上述鉍-氧化錫深紫外光探測器的制備方法。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：鉍-氧化錫深紫外光探測器包括鉍摻雜氧化錫薄膜，特別是，

所述鉍摻雜氧化錫薄膜的化學式組成為Bi_xSn_1-xO₂，化學式中的0.04≤x≤0.3，其中，薄膜中鉍的價態為Bi⁺³和Bi⁺⁵的比例為45-55％：45-55％；

所述鉍摻雜氧化錫薄膜的厚度為80-200nm，其上置有電極。

作為鉍-氧化錫深紫外光探測器的進一步改進：

優選地，電極為其間距為10-100μm的金屬叉指電極。

優選地，金屬為金、銀、銅、鈦、鋁、銦、鉭、鉑中的一種或兩種。

為解決本發明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為：上述鉍-氧化錫深紫外光探測器的制備方法包括磁控濺射法，特別是主要步驟如下：

步驟1，先將由金屬鉍與金屬錫的面積比為4～30％：70～96％的比例組成的鉍錫混合靶和襯底分別置于磁控濺射設備真空室內的陰極上和樣品臺中，再待真空室的真空度為10^-3-10^-5Pa后，使真空室處于氬-氧混合氣氛中，于450-700℃下濺射30-90min，其中，氬-氧混合氣氛的總壓強為1-10Pa，其由95-99％的氬氣和1-5％的氧氣組成，得到覆于襯底上的鉍摻雜氧化錫薄膜；

步驟2，先于覆于襯底上的鉍摻雜氧化錫薄膜上安裝電極，再將其上安裝有電極的鉍摻雜氧化錫薄膜與襯底剝離，制得鉍-氧化錫深紫外光探測器。

作為鉍-氧化錫深紫外光探測器的制備方法的進一步改進：

優選地，在將襯底置于樣品臺中之前，先將其分別置于乙醇和丙酮中超聲清洗20min。

優選地，襯底為石英，或玻璃，或藍寶石。

優選地，濺射的功率為30-150W。

優選地，安裝電極的過程為，將鉍摻雜氧化錫薄膜置于真空度為10^-3-10^-5Pa中，使用熱蒸發法或電子束蒸發法以及電極掩模板輔助法，于鉍摻雜氧化錫薄膜的表面沉積叉指金屬電極后，原位于200-350℃下退火30min。

優選地，金屬電極中的金屬為金、銀、銅、鈦、鋁、銦、鉭、鉑中的一種或兩種。