[發(fā)明專利]一種用于紫外光探測的電解質柵氧化物半導體光電晶體管

有效

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• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107527969B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 蔡廣爍;王鋼;裴艷麗
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0296
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發(fā)明涉及半導體光電器件的技術領域，更具體地，涉及一種用于紫外光探測的電解質柵氧化物半導體光電晶體管。一種用于紫外光探測的電解質柵氧化物半導體光電晶體管，其中，包括絕緣襯底上的多晶或單晶半導體有源層、源漏電極、絕緣保護層、覆蓋于有源層和保護層之上的電解質柵介質、與電解質接觸的柵電極。本發(fā)明的優(yōu)勢在于：1）具有較寬光學帶隙的氧化物半導體材料具有成本低、透明的優(yōu)點；2）探測器的截止波長可通過氧化物半導體材料的組分調節(jié)實現；3）基于場效應晶體管結構的氧化物半導體紫外探測器具有更高的響應度、更高的信噪比及穩(wěn)定性，且可避免對苛刻真空環(huán)境的需求；4）采用高介電常數的電解質作為柵介質層，結構簡單的同時，大大降低了工作電壓。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體光電器件的技術領域，更具體地，涉及一種用于紫外光探測的電解質柵氧化物半導體光電晶體管。

背景技術

紫外（UV）探測技術是一種在軍事和民用方面具有很高應用價值的光電探測技術，廣泛地應用于天際通信、臭氧檢測、污染物檢測、火焰探測等領域。

紫外探測器一般可分為光敏電阻、光電二極管、光電晶體管三種不同的結構，其中，光電晶體管因其高響應度以及高信噪比而受到業(yè)界的廣泛關注（CN201110206933.2等）。此外，光電晶體管作為一種三端器件，具有開關、驅動、讀取等功能，可用于紫外成像技術的有源陣列，因此紫外光電晶體管受到廣泛關注。

為了實現高性能的紫外光探測光電晶體管，有源層材料的選擇至關重要。相比于傳統的硅基材料，基于氧化物半導體的紫外光電探測晶體管（CN201110206933.2、CN201310254998.3、CN 201310521558.X、201320421136.0等）具有更高的響應度、更高的信噪比及穩(wěn)定性，避免了對苛刻真空環(huán)境的需求。另外，由于其較大的禁帶寬度，使得氧化物半導體紫外光電探測晶體管在可見光波段（400-700nm）具有較低的響應度，使得其不再需要可見光/紅外光的濾光片，簡化了探測器的結構。

然而，氧化物材料中的存在不穩(wěn)定的帶隙態(tài)造成了持續(xù)光電導效應，增加了器件的恢復時間。一般來說氧化物中的持續(xù)光電導效應與氧空位的激發(fā)有關，對于或，非晶材料所需的激活能小于多晶或者單晶材料，所以選用多晶或單晶氧化物有望減少持續(xù)光電導效應，提高器件的響應速率。而且由于氧化物中中間態(tài)的存在，導致了探測器對一部分可見光存在響應，大大的降低了紫外-可見光的拒絕比。針對這個問題，我們可以通過優(yōu)化材料制備技術，減少氧化物半導體的帶隙深能級缺陷進而改善器件性能。

近年來，大電容電解質柵介質在晶體管上的應用，引起了廣泛關注。超高介電常數的電解質柵介質層為薄膜晶體管提供了強大的電荷調控能力，可以有效地降低光電晶體管的工作電壓。

發(fā)明內容

本發(fā)明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種用于紫外光探測的電解質柵氧化物半導體光電晶體管，本發(fā)明的紫外光探測器具有結構簡單、工作電壓低、光電響應度高、拒絕比高以及較好的重復性和響應速度等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術方案是：一種用于紫外光探測的電解質柵氧化物半導體光電晶體管，其中，包括絕緣襯底上的多晶或單晶半導體有源層、源漏電極、絕緣保護層、覆蓋于有源層和保護層之上的電解質柵介質、與電解質接觸的柵電極。

本發(fā)明基于電解質柵的氧化物半導體光電探測晶體管的具體制備方法如下：

1）生長多晶或者單晶氧化物半導體有源層，特征在于：生長方式不限于MOCVD、MBE、SPUTTER等；材料光學帶隙大于3.1eV；可通過組分調節(jié)材料帶隙；

2）通過掩模、光刻、濕法刻蝕等工藝進行氧化物半導體有源層圖形化；

3）蒸鍍源/漏柵金屬電極；

4）制備絕緣保護層（不限于光刻膠、樹脂、氧化物絕緣體），露出有源層與部分柵電極；