一種紫外探測(cè)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紫外探測(cè)器領(lǐng)域，尤其涉及一種非晶氧化物半導(dǎo)體紫外探測(cè)器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外探測(cè)技術(shù)在軍事和民用等眾多領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。軍事上，紫外探測(cè)技術(shù)可以用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈預(yù)警、紫外通信等領(lǐng)域。而在民用上，紫外探測(cè)技術(shù)可以作為燃料工程以及紫外水凈化處理中的紫外線測(cè)量、火焰探測(cè)等。目前實(shí)際應(yīng)用的紫外探測(cè)器主要是基于真空紫外光電倍增管和Si基紫外光電二極管。紫外光電倍增管具有低暗電流、快的響應(yīng)速度、高的穩(wěn)定性以及高的電流增益等優(yōu)點(diǎn)，而且目前此種紫外探測(cè)已經(jīng)被完全實(shí)用化，其中最重要的用途就是應(yīng)用在紫外預(yù)警系統(tǒng)中。但是此種紫外探測(cè)器價(jià)格昂貴、容易破損、能耗大、體積大、量子效率低并且抗輻射性能也差，這些缺點(diǎn)大大限制了紫外光電倍增管的更多應(yīng)用?；赟i基的紫外光電二極管由于Si的禁帶寬度為1.12eV，因此直接探測(cè)到的光波范圍是可見(jiàn)光，如果想要實(shí)現(xiàn)Si基的紫外探測(cè)，必須加裝濾光系統(tǒng)，使其使用成本大大增加。此外Si對(duì)紫外光的吸收系數(shù)很大，導(dǎo)致入射的紫外光透入深度很淺，光生載流子主要集中在Si表面，導(dǎo)致非常容易復(fù)合，這大大降低了探測(cè)器的效率，而且Si基的紫外探測(cè)器的抗輻射能力也很弱，這也很大程度上限制了其應(yīng)用。
[0003]由于上述典型的紫外探測(cè)器存在很明顯的缺陷，因此科研工作人員一直尋求低成本、高性能、體積小并且抗輻射的紫外探測(cè)器。半導(dǎo)體氧化物作為一種非常有潛力的紫外探測(cè)器材料得到了廣泛的關(guān)注，特別是基于寬禁帶半導(dǎo)體材料，例如ZnO、GaN、SiC等。這些寬帶隙半導(dǎo)體材料具有電子飽和速度高、介電常數(shù)小并且抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為紫外探測(cè)器材料。但是這些材料也存在天然的弊端，例如ZnO材料的化學(xué)不穩(wěn)定性、GaN材料生長(zhǎng)過(guò)程中的有毒性和SiC材料的合成困難。因此尋找新型半導(dǎo)體材料來(lái)取代這些晶體寬禁帶半導(dǎo)體材料具有重要意義。
[0004]非晶氧化物半導(dǎo)體(AOSs)作為一種非常重要的半導(dǎo)體氧化物材料在過(guò)去十年得到了廣泛關(guān)注，它已經(jīng)形成了一個(gè)新的領(lǐng)域，并且目前都已經(jīng)看到了實(shí)際應(yīng)用的曙光。但是目前最主要的非晶氧化物半導(dǎo)體為非晶InGaZnO,且主要應(yīng)用在薄膜晶體管顯示領(lǐng)域。據(jù)最近報(bào)道，非晶氧化物是一種對(duì)紫外光非常敏感的材料(Appl.Phys.Lett.101，261112(2012))，有人試圖研究過(guò)紫外光對(duì)薄膜晶體管的電學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)薄膜晶體管的溝道即非晶氧化物對(duì)紫外光具有很強(qiáng)的響應(yīng)。且非晶氧化物作為紫外探測(cè)器，其具有上述所述的寬帶隙晶體紫外探測(cè)器所不具備的性能，例如不存在晶界俘獲中心、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗輻射性高等優(yōu)點(diǎn)。因此，非晶氧化物紫外探測(cè)器將是一種新型的紫外探測(cè)器，具有很大的潛在市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0005]目前，人們研發(fā)的非晶氧化物半導(dǎo)體大多為InZnO或InGaZnO，均含有In元素。In是一種稀有貴重金屬，地質(zhì)儲(chǔ)量極其有限，可持續(xù)發(fā)展受到很大限制。因此，人們亟需開(kāi)發(fā)一種無(wú)In的非晶氧化物半導(dǎo)體，用于紫外探測(cè)器。無(wú)In的AOS紫外探測(cè)器對(duì)于降低器件成本、節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義，應(yīng)用前景廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供了一種紫外探測(cè)器及其制備方法，進(jìn)行新型紫外探測(cè)器即非晶氧化物紫外探測(cè)器探索。
[0007]本發(fā)明提供了一種紫外探測(cè)器，所述紫外探測(cè)器包含襯底、光激活層以及一對(duì)電極，其中光激活層覆蓋于襯底上表面，兩個(gè)電極相對(duì)設(shè)置于光激活層之上；其中所述光激活層為非晶氧化物薄膜，所述非晶氧化物薄膜的化學(xué)式為Zn4AlxSn7O1.5x+18，其中O = x = 1.0。
[0008]優(yōu)選的，作為光激活層的非晶氧化物薄膜Zn4AlxSn7Om^厚度為不小于50nm且不大于200nm。
[0009]優(yōu)選的，作為光激活層的非晶氧化物薄膜Zn4AlxSn7O1L1^厚度為120nm。
[0010]進(jìn)一步地，所述紫外探測(cè)器的物理特性如下:暗電流為10_9~10_6 A ;光電流為1(Γ8~1(Γ5 A ;響應(yīng)靈敏度為10~50。
[0011]本發(fā)明還提供了一種紫外探測(cè)器的制備方法，包括襯底準(zhǔn)備步驟、光激活層形成步驟以及形成金屬電極步驟，其中所述光激活層形成步驟為通過(guò)低溫化學(xué)反應(yīng)法形成化學(xué)式為Zn4AlxSn7O1.5χ+18的非晶氧化物薄膜，其中O ^ x ^ 1.00
[0012]進(jìn)一步地，所述通過(guò)低溫化學(xué)反應(yīng)法形成光激活層即化學(xué)式為Zn4AlxSn7Onli^晶氧化物薄膜的步驟包括如下:
1)將稱量好的Zn(NO3) 2.6H20、Al (NO3) 3.9Η20及SnCl2+NH4N0^別溶解于二甲氧基乙醇+乙酰丙酮+14.5 M的氨水溶液里，分別配得配成Zn源、Al源以及Sn源的前驅(qū)體溶液，所配得的前驅(qū)體溶液的濃度均為0.2 M ;攪拌均勻，前驅(qū)體溶液按Zn: Al: Sn = 4: x:7比例混合均勻；
2)將步驟I)陳化后所得到的溶液在襯底上旋涂成膜；
3)將步驟2)旋涂所得到的薄膜進(jìn)行退火處理，退火處理的溫度為250~400 0C ；
4)多次重復(fù)步驟2)和步驟3)，直到得到的薄膜厚度為50~200nm。
[0013]進(jìn)一步地，步驟I)中所述的 Zn(NO3)2.6H20、A1 (NO3)3.9H20、SnCl2、NH4NO3的純度均在99.99 %以上。
[0014]進(jìn)一步地，步驟I)中配置Zn源和Al源時(shí)二甲氧基乙醇、乙酰丙酮以及14.5M的氨水三者體積比為25:1:0.57，配置Sn源時(shí)三者體積比為25:1:0.285。
[0015]進(jìn)一步地,步驟I)中所述的X的范圍為:0蘭X蘭1.0。
[0016]本發(fā)明還提供了一種用作紫外探測(cè)器光激活層的非晶氧化物薄膜，該非晶氧化物薄膜的化學(xué)式為Zn4AlxSn7On18，其中Ofx=L 0，其物理特性為:載流子濃度114 ~ 117CnT3;電阻率為 10 -1O6 Qcm0
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
1)本發(fā)明制作的非晶氧化物紫外探測(cè)器是一種新型的紫外探測(cè)器，其探測(cè)靈敏度高，有望在軍事和民用等眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)其應(yīng)用；
2)非晶氧化物紫外探測(cè)器，具有目前的寬帶隙晶體紫外探測(cè)器所不具備的性能，例如不存在晶界俘獲中心、制備簡(jiǎn)單、成本低、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗輻射性高等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明制備的非晶氧化物紫外探測(cè)器，證實(shí)了非晶氧化物薄膜在紫外探測(cè)器上應(yīng)用的可能； 3)本發(fā)明提供非晶氧化物紫外探測(cè)器的制備方法，其中光激活層非晶氧化物薄膜的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、成本低，且能實(shí)現(xiàn)薄膜的低溫生長(zhǎng)，使該紫外探測(cè)器選擇有機(jī)柔性襯底成為可能，增加了在工業(yè)上應(yīng)用的機(jī)會(huì)；另外本發(fā)明使用的化學(xué)制備方法，相對(duì)于物理方法，其制得的薄膜對(duì)紫外更為敏感，為本發(fā)明的紫外探測(cè)器獲得高的響應(yīng)靈敏度提供了基礎(chǔ)；
4)另外本發(fā)明提供非晶氧化物紫外探測(cè)器的制備方法，其中制得的非晶氧化物薄膜光激活層表面平整，成分分布均勻，易于腐蝕，可大面積制備，且成品率高；
5)本發(fā)明制備得到的紫外探測(cè)器為無(wú)In的非晶氧化物薄膜紫外探測(cè)器，無(wú)In對(duì)于降低器件成本、節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明紫外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1為襯底，2為紫外探測(cè)器的光激活層，3為電極,4為另一電極。
[0019]圖2為兩電極相對(duì)設(shè)置示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的紫外探測(cè)器的制備流程圖。
[0021]圖4為實(shí)例I制得的Zn4AlxSn7On18 (x=0)紫外探測(cè)器對(duì)紫外光(365 nm)的單脈沖響應(yīng)曲線。
[0022]圖5為實(shí)例2制得的Zn4AlxSn7On18 (x=0.5)紫外探測(cè)器對(duì)紫外光(365 nm)的單脈沖響應(yīng)曲線。
[0023]圖6為實(shí)例3制得的Zn4AlxSn7On18 (x=l.0)紫外探測(cè)器對(duì)紫外光(365 n