[發明專利]復合型自驅動氧化鋅同質結基紫外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202210560525.5
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN115084296B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 姜明明;唐楷;施大寧;闞彩俠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0296;H01L31/103;H01L31/18;H01L31/0224
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種復合型自驅動氧化鋅同質結基紫外探測器，生長p?ZnO:Sb微米線并在其上表面蒸鍍Ag薄膜，并以n?ZnO薄膜為襯底，在襯底上依次蒸鍍MgO空穴阻擋層和Au薄膜電極，然后放置上表面蒸鍍有Ag薄膜的p?ZnO:Sb微米線，最后覆蓋上有Au薄膜電極的ITO導電玻璃；本發明采用CVD法生長的p?ZnO:Sb微米線與n?ZnO薄膜，結合MgO空穴阻擋層和Ag薄膜構筑ZnO基同質結自驅動紫外光電探測器。該新型結構的紫外光電探測器通過MgO空穴阻擋層調控能帶，降低器件中暗電流，引進Ag顆粒膜表面等離激元效應增大光電流，以此提高器件的探測效率和響應速率。

技術領域

本發明涉及一種紫外光光電探測器，尤其涉及一種ZnO基同質結自驅動紫外光光電探測器及其制備方法。

背景技術

紫外探測技術已經被廣泛應用于紫外制導、空間通訊、疾病診斷、環境污染監測等軍事和民用領域。目前，已投入商用的紫外探測器主要包括光電倍增管、Si基探測器和半導體探測器三類。然而，由于光電倍增的工作條件為需要外加高壓，以及Si基探測器需要配置濾光片等。相比較于半導體探測器，上述兩類在實際使用中工作條件要求嚴格，存在體積笨重、功耗高和工作效率低等問題。因此，制備出攜帶方便，造價低廉，使用簡單以及探測性能高效的紫外探測器在實際應用中具有重大意義。

氧化鋅(ZnO)是直接帶隙半導體材料，禁帶寬度為3.37eV，響應對應紫外光譜波段，并且具有豐富的微納結構，充分表明ZnO材料是作為紫外探測器件的理想候選材料。目前，已發表報道的基于ZnO材料所制備的紫外探測器種類多樣，主要分為光電導型、肖特基型和光伏型。ZnO基光電導型紫外光電探測器的種類最多，應用最廣，制備方式簡單，但光電導弛豫時間長，使得光響應速度慢，響應時間長，在實際應用中存在一定的劣勢。肖特基勢壘探測器光響應速度較快，噪音低，但缺點是其最大光響應受頂部半透明接觸電極對入射光的吸收量具有較大的影響。pn結光伏型ZnO基紫外光電探測器的優勢在于工作偏壓低，輸入阻抗高，工作頻率大等優點。但是缺點也十分明顯，因ZnO中大量本征施主的存在，使受主產生較強的自補償效應，并且受主雜質的固溶度較低，導致p型ZnO的獲得較為困難。在發表的報道中，主要是選擇Si、GaN等材料作為p型襯底，并在其表面生長n型ZnO薄膜，進而構筑ZnO異質結基紫外光探測器。但因兩者之間的晶格失配和熱失配，導致生長的ZnO薄膜存在界面缺陷，使得在制備的異質結器件中較大的暗電流，嚴重影響器件的探測效率。

因此，綜上所述，半導體材料的晶體質量決定著材料的紫外光電性能，目前傳統工藝制備的塊狀ZnO或者ZnO薄膜都無法得到高質量的單晶晶體，限制了其在紫外光電領域的應用。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種復合型自驅動氧化鋅基紫外探測器及其制備方法。

技術方案：本發明的復合型自驅動氧化鋅同質結基紫外探測器，所述探測器底部為藍寶石襯底，藍寶石襯底表面為n-ZnO薄膜，在n-ZnO薄膜最左端為Au薄膜電極，另一端占據n-ZnO薄膜絕大部分面積的是MgO空穴阻擋層，其表面為3～5根p-ZnO:Sb微米線，并在每根微米線上表面都蒸鍍Ag薄膜，最頂層為ITO導電玻璃，與Ag薄膜緊密接觸，并且在ITO導電玻璃最右端為Au薄膜電極。

以ZnO的二維薄膜材料作為n型材料，摻銻元素的ZnO微米線一維材料作為p型材料，兩者同時作為光傳感層；MgO薄膜作為空穴阻擋層；Ag薄膜層作為紫外感光增益層；蒸鍍于ZnO薄膜和ITO導電玻璃的Au薄膜作為電極。

進一步地，所述n-ZnO薄膜的厚度為500～600nm，電子濃度為2×10¹⁷～5×10¹⁸/cm³。

進一步地，所述MgO空穴阻擋層的厚度為8～12nm。

進一步地，所述Au薄膜電極的厚度為40～50nm。

進一步地，所述p-ZnO:Sb微米線的長度為4～6mm，直徑為2～8μm，橫截面為四邊形。