[發明專利]基于p-Si/NiO:Zn異質結構的光電探測材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810641661.0
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108878583A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 胡俊青;張永芳;季濤;鄒儒佳;徐開兵;崔哲;徐超霆;關國強;張文龍;何書昂
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0336;H01L31/109
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王文穎

本發明公開了一種基于p?Si/NiO：Zn異質結構的光電探測材料的制備方法，其特征在于，依次包括準備NiO前驅體溶膠、制備摻雜Zn離子的NiO薄膜、制備p?Si/NiO：Zn異質結電極等步驟。本發明通過摻雜使NiO薄膜中載流子濃度得到了補償，從而有利于增加光生載流子的壽命，因而制得的光電探測器具有較高的開關比和較高的量子效率，表現出良好的光電探測性能；本發明制備方法簡單、綠色環保、成本低，適合工業化大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種基于p-Si/NiO:Zn異質結構的高性能光電探測材料的制備方法，屬于光電探測材料領域。

背景技術

隨著消費類電子設備、智能電網、高速軌道交通，以及導彈、衛星、電子對抗系統等的快速發展，對高性能光電探測材料有著極大的期待和需求。寬禁帶半導體材料因其具有介電常數小、電子飽和漂移速度大、禁帶寬度大以及由此帶來的各種極端特性而備受關注。金屬氧化物如ZnO、TiO₂、Ga₂O₃、NiO和WO₃等，因具有較寬的禁帶寬度、優異的化學穩定性和環境友好等優點而被認為是一類極具發展潛力的寬禁帶半導體材料。然而具有優異光電性能的金屬氧化物的應用受材料本身各種結構和性能的制約，嚴重限制了其實際應用。

若能通過合理設計和控制摻雜工藝將晶格參數相似性能優異的其它材料嵌入到寬禁帶半導體材料中，并保持寬禁帶半導體材料原有的光電探測性能，對于提高器件量子效率以及根據需要來改善光電探測材料性能會有很重要的意義。如Dai和Hsu等人利用Sb摻雜ZnO，并成功制成了具有優異光電性能p-ZnO/n-ZnO同類結(W.Dai，et.al，RSC Adv.，2015，5，6311；C.L.Hsu，et.al，IEEE T.Electron Dev.，2014，61，1347)；Ji等人制備了N和In摻雜的TiO2/Si異質結光電探測材料，發現摻雜后的量子效率在可見光(565am)照射下由未摻雜時的不到95％增加到了400％(T.Ji，J.Mater.Chem.C，2017，5，12848)。但是通過諸如水熱等方式獲得的器件可能會導致金屬氧化物的內部結構發生改變，可控性及穩定性也比較差，離實際的應用還有一段距離，關鍵制備過程比較復雜，很難滿足大規模應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有技術中光電探測材料的制作工藝較為復雜、流程長、工業化生產不便、漏電流較大、及量子效率低等缺陷，從而能夠提供一種工藝簡單、流程短、適于大規模工業化生產的高性能光電探測材料的制備方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于p-Si/NiO:Zn異質結構的光電探測材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：準備NiO前驅體溶膠：將四水合醋酸鎳與二水合醋酸鋅溶解于乙二醇甲醚中，加熱并磁力攪拌，滴入乙醇胺溶液，繼續熱浴并攪拌后制得混合溶液；將混合溶液冷卻并靜置陳化24h后獲得NiO前驅體溶膠；

步驟2)：制備摻雜Zn離子的NiO薄膜：采用旋涂的方法在襯底Si片的表面形成摻雜的NiO溶膠薄膜：先低速旋涂，然后高速旋涂，再烘干，待襯底Si片冷卻至室溫后重復旋涂和烘干步驟3～4次，最后將NiO前驅體溶膠薄膜連同襯底Si片進行燒結，得到在襯底表面的摻雜Zn離子的納米NiO薄膜；

步驟3)：制備p-Si/NiO:Zn異質結電極：利用帶有叉指鏤空結構的模板，采用磁控濺射法在NiO薄膜表面制備Ag電極；將鍍有Ag電極的p-Si片放入管式爐中，通入含有氫氣和氬氣的混合氣體，在350～400℃溫度下退火后，自然冷卻至室溫，最終得到基于p-Si/NiO:Zn異質結構的光電探測材料。

優選地，所述步驟1)中四水合醋酸鎳與二水合醋酸鋅的摩爾比為(98∶2)～(95∶5)；乙醇胺溶液與四水合醋酸鎳的摩爾比為1∶1。

優選地，所述步驟1)中磁力攪拌前加熱至60℃。