一種異質結近紅外光敏傳感器及其制備方法
【專利說明】一種異質結近紅外光敏傳感器及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于納米材料制備與應用領域，也屬于光電子領域，涉及一種硅/碲鋅氧復合物異質結近紅外光敏傳感器及其制備方法。
【背景技術】
[0003]硅材料是當代半導體產業的基石，在光敏探測領域有著極其重要的應用，傳統的Si探測器的光譜響應范圍一般是400-1100 nm。最近這些年來，Si與其它一些半導體材料如石墨稀(Zhu M, Zhang L, Li X, He Y, Li X, Guo F，Zhang X, Wang K, Xie D,Li X，Wei B and Zhu H 2015 J.Mater.Chem.A 7 8133)、氧化鋅(Tsai D H, Lin C A,Lien ff C, Chang H C, Wang Y L and He J H 2011 ACS Nano 5 7748)、氧化銅(Hong Q,Cao Y, Xu J, Lu H, He J and Sun J L 2014 ACS App1.Mater.1nterfaces 6 20887)、PEDOT:PSS (Lin T, Liu X, Zhou B, Zhan Z, Cartwright A N and Swihart M T 2014Adv.Funct.Mater.24 6016)、硫化錦(Manna S, Das S, Mondal S P, Singha R andRay S K 2012 J.Phys.Chem.C 116 7126)、鍺量子點(Chien C Y, Lai ff T, Chang YJ, Wang C C, Kuo M H and Li P ff 2014 Nanoscale 6 5303)、ITO (Yun J H, Kim J andPark Y C 2014 J.App1.Phys.116 064904)形成的異質結光敏探測器器件得到了深入的研究。在這些半導體材料中，由于寬禁帶半導體氧化鋅在紫外光敏探測器方面具有很大的潛力，其與硅形成的異質結光敏探測器件深受研究人員的青睞。然而由于氧化鋅對紫外光敏感、硅對可見-近紅外光敏感，二者形成的異質結光敏探測器也都受限于此，并沒有獲得過比較純凈的只對近紅外光敏感的探測器。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種異質結近紅外光敏傳感器及其制備方法。
[0005]本發明為解決上述問題，提供一種碲鋅氧新型復合物材料的制備方法，并制備了一種碲鋅氧復合物/P-Si異質結光敏探測器。碲鋅氧復合物具有良好的襯底附著力，隨著復合物中各組分相對含量的變化，器件表現出了波段可調的穩定優良的光敏探測性能。
[0006]本發明的異質結近紅外光敏傳感器，是由熱蒸發氣相沉積法制備的碲鋅氧復合物與p-Si形成的異質結光敏傳感器，包括P型硅襯底，碲鋅氧復合物，頂電極和底電極。
[0007]所述頂電極是半透明Au電極，底電極是銦鎵電極。
[0008]所述P型硅襯底電阻率1-10 Ω.cm。
[0009]上述近紅外光敏傳感器的制備方法，采用如下具體步驟:
首先在硅襯底上沉積一層對氧化鋅具有親和性的薄膜作為種子層，然后將襯底和蒸發源同時放入可控氣氛管式爐，二者距離約7-16cm，控制反應溫度為1000°C，升溫速度10°C /min，保溫10-30min，通入反應氣體為Ar和02，所述蒸發源是由摩爾比為1:1:(0.05-0.07)的ZnO粉末、碳粉、碲粉組成；
反應完成后利用金屬掩模，繼續用磁控濺射法鍍一層半透明的Au頂電極。最后在襯底底部刮涂銦鎵電極，完成對器件的封裝。
[0010]所述種子層為金，其厚度為30-100nm。
[0011]反應氣體為20 sccm的Ar氣和8 sccm的02。
[0012]本發明利用氣相法的生長機理，首次在蒸發源中加入碲粉末，實現了一種碲鋅氧新型復合物的合成。并且制備出了 P-Si/碲鋅氧復合物異質結光敏探測器，隨著復合物中各組分相對含量的變化，這種新型的傳感器表現出了波段可調的穩定優良的光敏探測性能，可探測波長從紫外-可見-近紅外波段調節至限定在1040nm的近紅外波段，進而被調節至可見-近紅外波段。獲得了一種紫外-可見-近紅外光敏探測器，探測波長為380-1050nm，對805nm單色光響應度為4.10 mA/ff;獲得了一種近紅外光敏探測器，探測波長被限定在1040nm附近，對1040 nm單色光響應度為24.61 mA/ff;獲得了一種可見-近紅外光敏探測器，探測波長為400-1100 nm，對855 nm單色光響應度為102.41 mA/W0
【附圖說明】
[0013]圖1是氣相法制備TeZnO復合物的可控氣氛管式爐的裝置示意圖，I為蒸發源的位置，2、3、4、5、6為襯底的位置，距離蒸發源以此為7、10、13、16、19cm，7為通入反應氣體Ar和02，8為管式爐爐管。
[0014]圖2是p-Si/TeZnO復合物異質結光敏探測器結構示意圖；其中:1為ρ-Si襯底，2為TeZnO復合物，3為Au電極，4為InGa電極。
[0015]圖3是用光敏測試系統測量實施例1所制備的光敏探測器在O伏偏壓下的不同波長的光響應譜，其中，橫坐標是波長，縱坐標是響應度。
[0016]圖4是用光敏測試系統測量實施例2所制備的光敏探測器在O伏偏壓下的不同波長的光響應譜，其中，橫坐標是波長，縱坐標是響應度。
[0017]圖5是用光敏測試系統測量實施例3所制備的光敏探測器在O伏偏壓下的不同波長的光響應譜，其中，橫坐標是波長，縱坐標是響應度。
[0018]圖6是用光敏測試系統測量實施例4所制備的光敏探測器在O伏偏壓下的不同波長的光響應譜，其中，橫坐標是波長，縱坐標是響應度。
[0019]圖7是用光敏測試系統測量實施例5所制備的光敏探測器在O伏偏壓下的不同波長的光響應譜，其中，橫坐標是波長，縱坐標是響應度。
【具體實施方式】
[0020]本發明的異質結近紅外光敏傳感器的制備和檢測流程如下:
1.在干凈的襯底上利用磁控派射鍍膜的方法沉積一層30-100nm厚的Au作為種子層。
[0021]2.將蒸發源和襯底同時放入可控氣氛管式爐中，蒸發源所處的溫度設為1000°C，襯底以此放置在距離蒸發源7、10、13、16或19cm的位置，升溫速度10°C /min，保溫10-30min，反應氣氛為 Ar 氣 20 sccm 和 O2 8 sccm。蒸發源是 0.255-0.265g ZnO 粉末、
0.040-0.060g 碳粉、0.020-0.030g 碲粉。
[0022]3.反應完成后將襯底取出，旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液填充復合物表面的孔隙。
[0023]4.利用金屬掩模的方法繼續沉積半透明的金屬Au頂電極。
[0024]5.然后在襯底底部刮涂InGa電極。
[0025]6.利用銀漿和銅導線將頂電極和底電極引出，并在100°C下烘干。
[0026]7.利用光敏測試系統測試器件的光敏特性。
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明進一步闡述，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之內。
[0028]實施例1:
本例中，襯底放于圖1中2的位置。具體步驟如下:
1.采用傳統的半導體工藝清洗P-Si襯底。
[0029]2.在襯底上沉積一層30nm的Au薄膜作為種子層。
[0030]3.將襯底和蒸發源放入可控氣氛管式爐，襯底距離蒸發源7 cm，蒸發源所處的溫度設為1000°C，升溫速度10°C /min,保溫lOmin，反應氣氛為Ar氣20 sccm和O2 8 sccm。蒸發源是0.261g ZnO粉末、0.