一種基于ecr電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜的光電探測(cè)器及其制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硅基薄膜光電探測(cè)器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]光電探測(cè)器件是將光能轉(zhuǎn)化為電能以便于放大檢測(cè)的器件，在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途。隨著納米表面工程與技術(shù)的深入發(fā)展，納米材料光電探測(cè)器成為研宄熱點(diǎn)。常見(jiàn)的為ZnO、ZnS等光電導(dǎo)型探測(cè)器，但光電導(dǎo)探測(cè)器只能工作在負(fù)偏壓下，對(duì)工作環(huán)境要求較高。而硅基結(jié)型探測(cè)器無(wú)需外加偏壓，具有更好的環(huán)境適應(yīng)性。碳材料來(lái)源廣泛且石墨稀、碳納米管等碳納米材料均展現(xiàn)出了光伏特性。這也意味著制備新型娃基碳納米光電探測(cè)器件成為可能。近期該類(lèi)型研宄主要集中于非晶碳膜和石墨烯等。其中，硅基非晶碳膜主要依賴(lài)于元素?fù)诫s對(duì)光電探測(cè)特性的調(diào)控，但摻雜工藝復(fù)雜性且不易控制；此夕卜，石墨烯雖然光電性能優(yōu)異，但石墨烯材料通常是物理轉(zhuǎn)移到硅基體表面，與硅基體的結(jié)合強(qiáng)度往往較低，限制了其在探測(cè)器領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，與基體結(jié)合強(qiáng)度較好的碳薄膜材料大多是通過(guò)氣相沉積、高能離子照射或高溫退火來(lái)制備。其中，氣相沉積對(duì)氣體比例要求嚴(yán)格且需要用到氨氣和碳?xì)浠衔锏扔卸練怏w，其制備工藝復(fù)雜且有一定安全隱患。高能離子照射和高溫退火均對(duì)基體材料和加工設(shè)備要求較高。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供一種基于ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器及其制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種基于ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器，包括由下至上依次排布的Au薄膜電極、P(10)型Si基片、ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜和正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極；Au薄膜電極和正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極通過(guò)銀膠與導(dǎo)線粘接，形成具有光電探測(cè)能力的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器；所述硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器光譜響應(yīng)度峰值為:0.175-0.21A.Γ1，響應(yīng)時(shí)間小于 1ms。
[0006]一種基于ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)將P(100)型Si基片經(jīng)超聲清洗，裝入真空腔中并抽真空并通入氬氣；經(jīng)磁線圈磁場(chǎng)與微波耦合作用，產(chǎn)生氬等離子體；加熱P (100)型Si基片到200?400°C保持lh，然后施加負(fù)基片偏壓，吸引氬離子清洗P (100)型Si基片表面；然后接通-300?-200V靶材偏壓，加速氬離子轟擊高純碳靶，濺射出的碳原子在P(10)型Si基片表面沉積ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜；鍍膜時(shí)基片溫度為室溫?400°C，基片偏壓為+1V?+300V ；
[0008]2)在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面制備透光的正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極；接下來(lái)，制備覆蓋整個(gè)P (100)型Si基片背面的Au薄膜電極；最后，正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極和Au薄膜電極分別通過(guò)銀膠與導(dǎo)線粘接、固化銀膠；得到ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:步驟2)具體包括:在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面旋涂光刻膠，通過(guò)紫外曝光在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面復(fù)制出正方形網(wǎng)格狀掩膜圖案，顯影后在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面得到線寬60 μ m，間距250 μ m的正方形網(wǎng)格狀圖案；之后，在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面濺射Au膜，丙酮?jiǎng)冸x祛除光刻膠，得到正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極；接下來(lái)，祛除Si基片背面自然氧化層，濺射Au膜，制備覆蓋整個(gè)P (100)型Si基片背面的Au薄膜電極；最后，正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極和Au薄膜電極分別通過(guò)銀膠與導(dǎo)線粘接、固化銀膠；得到ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:步驟I)中基片偏壓在大于等于+10V，小于+40V，鍍膜時(shí)P(10)型Si基片溫度保持為400°C ;得到的ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜為非晶結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:步驟I)中基片偏壓大于等于+40V，小于+200V ;鍍膜時(shí)P(10)型Si基片溫度保持為室溫?50°C，得到的ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜為小于5層石墨烯納晶堆疊的石墨烯嵌層結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:步驟I)中基片偏壓在大于等于+200V，小于等于+300V ;鍍膜時(shí)P(10)型Si基片溫度保持為室溫?50°C時(shí)，得到的ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜為石墨化納米結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述一種基于ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器的制備方法具體包括以下步驟:
[0014]I)將經(jīng)過(guò)超聲清洗的電阻率為7?13 Ω.cm，厚度525 μπι的P (100)型Si基片裝入真空腔中；當(dāng)系統(tǒng)真空度達(dá)到4X10_4Pa時(shí)，通入氬氣，在微波與磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合作用下產(chǎn)生等離子體，穩(wěn)定20min ;加熱p(100)型Si基片到400°C恒溫，然后施加負(fù)基片偏壓，吸引氬離子清洗P (100)型Si基片表面；然后接通-300V靶材偏壓，加速氬離子轟擊高純碳靶，濺射出的碳原子在P(10)型Si基片表面沉積；同時(shí)施加+1V基片偏壓，吸引電子轟擊P(10)型Si基片表面形成電子照射，控制沉積時(shí)間，鍍膜結(jié)束后，保持P(10)型Si基片溫度為400°C lh，得到厚度60nm的ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜；
[0015]2)在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面旋涂光刻膠EPG533，通過(guò)紫外曝光7-8秒在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面復(fù)制出正方形網(wǎng)格狀掩膜圖案，經(jīng)0.5%的NaOH溶液顯影后，碳膜表面得到線寬60 μm，間距250 μπι的正方形網(wǎng)格狀圖案；之后，在硅基碳膜表面濺射Au膜，丙酮?jiǎng)冸x祛除光刻膠，得到透光的正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極；接下來(lái)，用1%氫氟酸溶液祛除硅基體背面自然氧化層，然后濺射Au膜，形成覆蓋整個(gè)P (100)型Si基片背面的面接觸Au薄膜電極；最后，正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極和Au薄膜電極分別通過(guò)銀膠與導(dǎo)線粘接、固化銀膠；得到ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器；該ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)度峰值為:0.175A.W—1，響應(yīng)時(shí)間小于Ims0
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述一種基于ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器的制備方法具體包括以下步驟:
[0017]I)將經(jīng)過(guò)超聲清洗的電阻率為7?13 Ω.cm，厚度525 μπι的P (100)型Si基片裝入真空腔中；當(dāng)系統(tǒng)真空度達(dá)到4X10_4Pa時(shí)，通入氬氣，在微波與磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合作用下產(chǎn)生等離子體，穩(wěn)定20min ;加熱p(100)型Si基片到200°C保持lh，關(guān)閉加熱裝置，待P(10)型Si基片自然冷卻到室溫時(shí)，施加負(fù)基片偏壓，吸引氬離子清洗p(lOO)型Si基片表面；然后接通-250V靶材偏壓，加速氬離子轟擊高純碳靶，濺射出的碳原子在p(lOO)型Si基片表面沉積；同時(shí)施加+80V基片偏壓，吸引電子轟擊P (100)型Si基片表面形成電子照射，控制沉積時(shí)間，得到厚度60nm的ECR電子照射娃基納米結(jié)構(gòu)碳膜；
[0018]2)在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面旋涂光刻膠EPG533，通過(guò)紫外曝光7-8秒在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面復(fù)制出正方形網(wǎng)格狀掩膜圖案，經(jīng)0.5%的NaOH溶液顯影后，ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面得到線寬60 μ m，間距250 μ m的正方形網(wǎng)格狀圖案；之后，在ECR電子照射硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜表面濺射Au膜，丙酮?jiǎng)冸x祛除光刻膠，得到透光的正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極；接下來(lái)，用1%氫氟酸溶液祛除硅基體背面自然氧化層，然后濺射Au膜，形成覆蓋整個(gè)P (100)型Si基片背面的面接觸Au薄膜電極；最后，正方形網(wǎng)格狀A(yù)u電極和Au薄膜電極分別通過(guò)銀膠與導(dǎo)線粘接、固化銀膠；得到ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器；該ECR電子照射制備的硅基納米結(jié)構(gòu)碳膜光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)度峰值為:0.21A.W'響應(yīng)時(shí)間小于1ms。