[發(fā)明專利]一種基于非晶氧化鎵基薄膜晶體管的深紫外光電探測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811624877.2
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN109742180A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁凌燕;肖溪;曹鴻濤;裴郁;段宏筱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01L31/113
• 分類號(hào): H01L31/113;H01L31/0376;H01L31/032
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發(fā)明公開了一種基于非晶氧化鎵基薄膜晶體管的深紫外光電探測器，包括薄膜晶體管，所述晶體管包括襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、溝道層、源電極和漏電極；所述溝道層為非晶氧化鎵基薄膜；所述薄膜晶體管為底柵結(jié)構(gòu)，所述襯底上設(shè)有柵電極，柵電極外覆蓋有柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層上部分覆蓋有溝道層，溝道層的兩端部分別設(shè)有源電極和漏電極；或，所述薄膜晶體管為頂柵結(jié)構(gòu)，所述襯底覆蓋有溝道層，溝道層上部分覆蓋有柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層的兩端部分別設(shè)有源電極和漏電極，柵介質(zhì)層上設(shè)有柵電極。本發(fā)明提供的深紫外光電探測器在深紫外光(<320nm)照射下響應(yīng)度較高、功耗低；且制備方法簡單，可大面積集成、與柔性襯底兼容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于非晶氧化鎵基薄膜晶體管的深紫外光電探測器。

背景技術(shù)

深紫外探測技術(shù)是繼紅外和激光探測技術(shù)之后興起的另一種光電探測技術(shù)。在軍事方面，深紫外探測器可應(yīng)用于生化分析、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈預(yù)警、深紫外線通信和飛行跟蹤等領(lǐng)域；在民用方面，可應(yīng)用于臭氧檢測、燃燒工程、環(huán)境污染監(jiān)測、生物醫(yī)藥分析等領(lǐng)域。

目前，半導(dǎo)體深紫外探測器主要包含光電導(dǎo)型、肖特基型和PN結(jié)型等三種。如公開號(hào)為CN106449857A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種基于雙層或三層氮摻雜石墨烯/二氧化鈦納米管陣列肖特基結(jié)的紫外光電探測器及其制備方法；公開號(hào)為CN108231953A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種MSM結(jié)構(gòu)4H-SiC紫外光電探測器的制備方法；公開號(hào)為CN201032635的中國專利文獻(xiàn)公開了一種PIN結(jié)構(gòu)4H-SiC紫外光電探測器。與上述深紫外探測器相比，薄膜晶體管型深紫外探測器具有集成度高、柵壓可調(diào)控、功耗低、探測靈敏度高、與柔性襯底兼容等優(yōu)點(diǎn)。

目前，研究最為廣泛的氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)薄膜晶體管性能優(yōu)異，已被應(yīng)用于液晶顯示面板中。然而，因?yàn)镮GZO帶隙較小，約3.0-3.2eV，對(duì)應(yīng)的深紫外光電探測器的探測波長約387-413nm，所以IGZO薄膜晶體管型深紫外光電探測器的探測范圍小，使用時(shí)需要濾除可見光。與此相比，氧化鎵禁帶寬度大，室溫下約4.5-4.9eV，天然地避免了這些問題，非常適合用于深紫外光電探測器。但氧化鎵通常被當(dāng)做是絕緣材料。基于此，如何實(shí)現(xiàn)化鎵從絕緣體到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，是制備非晶氧化鎵基薄膜晶體管深紫外探測器的一個(gè)方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于非晶氧化鎵基薄膜晶體管深紫外光電探測器，可在深紫外光(<320nm)照射下產(chǎn)生相應(yīng)電流、功耗低；且制備方法簡單，可大面積集成、與柔性襯底兼容。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于非晶氧化鎵基薄膜晶體管的深紫外光電探測器，包括薄膜晶體管，所述晶體管包括襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、溝道層、源電極和漏電極；所述溝道層為非晶氧化鎵基薄膜；

所述薄膜晶體管為底柵結(jié)構(gòu)，所述襯底上設(shè)有柵電極，柵電極外覆蓋有柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層上部分覆蓋有溝道層，溝道層的兩端部分別設(shè)有源電極和漏電極；或，

所述薄膜晶體管為頂柵結(jié)構(gòu)，所述襯底覆蓋有溝道層，溝道層上部分覆蓋有柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層的兩端部分別設(shè)有源電極和漏電極、柵介質(zhì)層上設(shè)有柵電極。

在本發(fā)明中，采用非晶氧化鎵基薄膜作為溝道層，所述溝道層可采用溶液法、化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法制備而成。相對(duì)于晶相氧化鎵，可以在低溫下制備大面積和均勻的非晶薄膜。

所述非晶氧化鎵基薄膜包括非晶氧化鎵和摻雜元素，所述摻雜元素選自鋅、鎂、錫、硅、鎘或銦中的一種或至少兩種的組合；所述摻雜元素與鎵元素的原子比為0.01-0.25:0.75-0.99。