一種基于PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外光電探測(cè)器件的制備方法，具體是指一種基于PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件的制備方法(PFH為聚9，9 一二己基芴)。
技術(shù)背景
[0002]紫外探測(cè)技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，它可用于化學(xué)和生物分析，火焰檢測(cè)高壓線電暈探測(cè)，制導(dǎo)，大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，紫外光通訊，災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)，天際通信，發(fā)光體校準(zhǔn)和天文研究等。目前，已商業(yè)化的半導(dǎo)體紫外探測(cè)器主要是基于寬禁帶半導(dǎo)體無機(jī)材料，如SiC、GaN和ZnO等。
[0003]近年來，隨著有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展，研究人員對(duì)其在紫外探測(cè)中的應(yīng)用也進(jìn)行了一些探索。基于有機(jī)半導(dǎo)體的紫外光探測(cè)器因其材料選擇范圍廣、制作工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、便于攜帶、成本低等優(yōu)點(diǎn)引起了人們極大關(guān)注，并且得到了迅速的發(fā)展。但是相對(duì)無機(jī)半導(dǎo)體而言，有機(jī)半導(dǎo)體的電子迀移率低，穩(wěn)定性較差，在空氣中易受水、氧等因素影響。因此，有機(jī)/無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)正是順應(yīng)這樣的發(fā)展需求，充分利用有機(jī)組分優(yōu)異的加工性能和無機(jī)組分高效的載流子迀移能力的優(yōu)點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的極大興趣和廣泛關(guān)注。目前，一種基于PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件的制備方法還沒有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短、探測(cè)能力強(qiáng)的基于PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]—種基于PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件，由P型有機(jī)藍(lán)光半導(dǎo)體材料聚9，9 一二己基芴、η型碳化硅、氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電玻璃以及金電極組成(如圖1)。
[0007]所述的PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)為p型Pi7H旋涂在η型SiC薄膜上，制成有機(jī)-無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的ITO透明導(dǎo)電玻璃作為制備η型SiC薄膜的襯底，并作為紫外光電探測(cè)器件的陰極，在光照下收集電子。所述的金電極則作為陽極。
[0009]所述一種基于PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件的制備方法，采用微納米加工技術(shù)，步驟如下:
[0010]I) ITO襯底預(yù)處理:將ITO透明導(dǎo)電玻璃片放入V (HF): V(H2O2) = I: 5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0011]2)放置靶材和襯底:把η型SiC靶材放置在射頻磁控濺射系統(tǒng)的靶臺(tái)位置，用擋板遮住步驟I)處理后的ITO襯底一半，將ITO襯底固定在樣品托上，放進(jìn)真空腔；
[0012]3)薄膜沉積過程:在磁控濺射系統(tǒng)沉積過程中，先將腔體抽真空，加熱ITO襯底，通入氬氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)；其中，SiC靶材與ITO襯底的距離設(shè)定為3-6厘米，濺射功率為150-170W，沉積時(shí)間為2-6小時(shí)；然后將SiC薄膜轉(zhuǎn)移到高溫爐中退火4_6小時(shí)，退火溫度為 1200-1400°C ；
[0013]4)PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備:先將Pi7H溶解在氯仿中，制成溶液，然后將配好的溶液旋涂在步驟3)制備好的η型SiC薄膜上，制成有機(jī)/無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)；
[0014]5)器件電極的制備:利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術(shù)在PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)上面沉積一層金薄膜作為測(cè)量電極。
[0015]優(yōu)選的，所述的步驟3)中，ITO襯底的加熱溫度為25_100°C，腔體抽真空后的電離度為1.0X 14Pa,真空腔調(diào)整后的壓強(qiáng)為0.5-6Pa，SiC靶材與ITO襯底的距離設(shè)定為4厘米，濺射功率為150-170?，沉積時(shí)間為3-5小時(shí)，退火時(shí)間為4_6小時(shí)，退火溫度為1300-1400。。。
[0016]更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的步驟3)中，ITO襯底的加熱溫度為25°C，真空腔調(diào)整后的壓強(qiáng)為 0.8-1.2Pa。
[0017]對(duì)構(gòu)建的PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電器件進(jìn)行光電學(xué)性能測(cè)試是將探針點(diǎn)在兩個(gè)電極上，電極之間加電壓0.5-4伏特，測(cè)得PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)的I_t特性曲線，通過控制紫外光(365nm)照射的開關(guān)發(fā)現(xiàn)器件具有良好的光電響應(yīng)。
[0018]作為優(yōu)選，上述光電學(xué)性能測(cè)試中電極之間加電壓0.5伏特效果最好。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明制備過程中，所制備的PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的光電特性；
[0021]2、本發(fā)明制備的光電器件性能穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏，暗電流小，具有好的潛在應(yīng)用；
[0022]3、本發(fā)明采用微納米加工技術(shù)制備PFH/n-SiC有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的紫外光電探測(cè)器件，工藝可控性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，且重復(fù)測(cè)試具有可恢復(fù)性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)紫外光電探測(cè)器件的示意圖。
[0024]圖2是用本發(fā)明方法制得的SiC薄膜的X射線衍射(XRD)譜圖。
[0025]圖3是用本發(fā)明方法制得的SiC薄膜的原子力顯微鏡(AFM)照片。
[0026]圖4是用本發(fā)明方法制得的SiC薄膜的紫外可見光吸收光譜圖。
[0027]圖5是用本發(fā)明方法測(cè)得PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電極電壓為2V的V-1曲線圖。圖6是用本發(fā)明方法測(cè)得PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電極電壓為0.5V的I_t曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]步驟如下:
[0031](I)將ITO透明導(dǎo)電玻璃片放入V(HF): V(H2O2) = I: 5的溶液中浸泡15秒(去除自然氧化層)，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并真空干燥。
[0032](2)把純度為99.9%的η型SiC靶材放置在射頻磁控濺射系統(tǒng)的靶臺(tái)位置，將ITO襯底(用擋板遮住一半)固定在樣品托上，放進(jìn)真空腔，SiC靶材與ITO襯底的距離設(shè)定為4厘米。
[0033](3)先將腔體抽真空，等真空腔的電離度大約在1.0X 10_4Pa時(shí)，通入氬氣(Ar)，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)1.0Pa，然后打開射頻功率源，調(diào)整濺射功率為160w，接著預(yù)濺射5分鐘，之后打開擋板進(jìn)行正式濺射。濺射時(shí)間設(shè)為4小時(shí)，結(jié)束后關(guān)閉射頻功率源。取出薄膜樣品并將其轉(zhuǎn)移到高溫爐中1300°C退火4小時(shí)，自然冷卻。將所得薄膜放進(jìn)X射線衍射儀中掃描，結(jié)果如圖2中XRD譜圖所示，顯示了 η型SiC的(111)，(200)，(220)，(311)，(222)特征晶面衍射峰，與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片中3C-SiC(JCPDS n0.29-1129)相匹配，2 Θ值為33.74°所對(duì)應(yīng)的是由于原子層錯(cuò)排形成的堆垛層錯(cuò)引起的超結(jié)構(gòu)衍射峰。
[0034](4)設(shè)置旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/min，將Ρ??溶解在氯仿中，制成溶液，旋涂在步驟(3)制備好的η型SiC薄膜上，制成有機(jī)/無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，并在80°C下原位烘干。將PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)在原子力顯微鏡下觀察(如圖3)，發(fā)現(xiàn)薄膜表面較平整，薄膜的粗糙度為1.24。把PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)放進(jìn)紫外可見光分析儀中進(jìn)行測(cè)量，所得的紫外吸收光譜如圖4所示，表明所得PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)件在紫外區(qū)域有很強(qiáng)的吸收，并且PFH和SiC薄膜均在365nm附近有吸收。
[0035](5)將掩膜版覆蓋在PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)上面，并通過射頻磁控濺射技術(shù)沉積一層約10nm厚的金薄膜作為測(cè)量電極。
[0036](6)在PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極兩端施加電壓進(jìn)行光電性能測(cè)量，測(cè)量示意圖如圖1，其V-1和1-t曲線如圖5和圖6所示。圖5的V-1曲線中出現(xiàn)了明顯的整流效應(yīng)。當(dāng)外加電壓為2伏特并在365nm紫外光的照射下，整流比的增量很大。圖6中的I_t曲線是在0.5伏特的電壓下測(cè)量的，發(fā)現(xiàn)控制紫外燈開關(guān)，電流瞬時(shí)發(fā)生變化。
[0037]實(shí)施例2
[0038]步驟⑴、⑵、(4)和(5)均與實(shí)施例1相同。步驟(3)先將腔體抽真空，等真空腔的電離度大約在1.0X10-4Pa時(shí)，通入氬氣(Ar)，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)1.2Pa，然后打開射頻功率源，調(diào)整濺射功率為160w，接著預(yù)濺射5分鐘，之后打開擋板進(jìn)行正式濺射。濺射時(shí)間設(shè)為3小時(shí)，結(jié)束后關(guān)閉射頻功率源。取出薄膜樣品并將其轉(zhuǎn)移到高溫爐中1300°C退火4小時(shí)，自然冷卻。
[0039](6)在PFH/n-SiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極兩端施加電壓進(jìn)行光電性能測(cè)量，V-1測(cè)量所施加最大電壓為2伏特，1-t曲線是在0.5伏特的電壓下測(cè)量的，發(fā)現(xiàn)控制紫外燈開關(guān)，電流瞬時(shí)發(fā)生變化。測(cè)試結(jié)果均與實(shí)施例1類似。
[0040]實(shí)施例3
[0041]步驟⑴、⑵、(4)和(5)均與實(shí)施例1相同。步驟(3)先將腔體抽真空，等真空腔的電離度大約在1.0X10-4Pa時(shí)，通入氬氣(Ar)，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強(qiáng)1.2Pa，然后打開射頻功率源，調(diào)整濺射功