專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件。具體說涉及垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo) 探測器。
背景技術(shù)：
紫外探測技術(shù)是繼紅外和激光探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一新型探測 技術(shù)。紫外探測器被廣泛的應(yīng)用于國防軍事、天文學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、燃燒工程、 水凈化處理、火焰探測、生物效應(yīng)、天際通信及環(huán)境污染監(jiān)測等領(lǐng)域，具有 極高的軍事和民用價(jià)值。特別是在國防應(yīng)用中，基于導(dǎo)彈紫外輻射探測的紫 外預(yù)警等方面已成為紫外探測的研究重點(diǎn)。由于ZnO (Eg=3.34eV)相比于其他III-V族寬禁帶化合物半導(dǎo)體有很 多優(yōu)勢，例如在室溫下具有更高的激子束縛能(60meV)，可以在較低溫度下 生長(100 750°C);國外有理論報(bào)道，認(rèn)為與GaN探測器相比較，ZnO探 測器的響應(yīng)度會更高，約為103倍。ZnO還具有很高的抗輻射性，并且全固 態(tài)的ZnO紫外探測器，相比于其他常規(guī)探測器來說，更適合應(yīng)用于惡劣的外 界環(huán)境。因此，對于ZnO基紫外探測器的研制，已引起研究人員的廣泛重 視。然而由于P型ZnO較難制備，可靠性和重復(fù)性也較差，ZnO基紫外探 測器的研究主要集中在光導(dǎo)型探測器的制備。另外，由于垂直結(jié)構(gòu)的探測器 單元制備簡單，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，也使其成為了研究的熱點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提出一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器。 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案 一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，包括一襯底，其特征在于，襯底上依次沉積有ITO薄膜和ZnO薄膜層，ZnO薄膜層腐蝕后露出ITO薄 膜形成ZnO臺面，在ZnO臺面上沉積有歐姆接觸電極。本實(shí)用新型的垂直結(jié)構(gòu)ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，整個(gè)制備過程簡單， 成本低廉，易于控制，有利于光電集成，且容易產(chǎn)業(yè)化，有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖1是垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的示意圖。 圖2是本發(fā)明制備的ZnO探測器的明、暗電流曲線。 圖3是本發(fā)明制備的ZnO探測器的時(shí)間響應(yīng)的上升和下降曲線。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的垂直結(jié)構(gòu)ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，包括一襯底1，襯底上 依次沉積有ITO薄膜2和ZnO薄膜層3， ZnO薄膜層腐蝕后露出ITO薄膜 形成ZnO臺面，在ZnO臺面上表面沉積有歐姆接觸電極4。其中，ZnO半 導(dǎo)體薄膜的制備和熱處理方法對器件的性能有極重要的影響。制備方法是1. 襯底l上制備ZnO薄膜2:襯底l選用石英玻璃；采用射頻反應(yīng)濺 射(RF Sputtering)方法在襯底上，依次開始生長，厚度分別約為150 nm 和600nm左右(見圖l)，得到樣品；然后，將沉積有ITO薄膜2和ZnO薄膜3的襯底1放在石英爐內(nèi)，通 入氧氣，于400'C熱處理一個(gè)小時(shí)；2. 樣品熱處理后，再用濃度約為20%的NH4C1溶液對樣品的ZnO薄 膜3進(jìn)行腐蝕，直到露出ITO薄膜2，形成ZnO臺面(見圖1);3. 最后在ZnO臺面上表面再沉積作為歐姆接觸電極材料4，選擇金屬 Al或透明導(dǎo)電薄膜ITO (見圖1)，由此得到垂直結(jié)構(gòu)ZnO紫外光電導(dǎo)探測 器。以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例實(shí)施例1:具體的實(shí)施步驟如下-1 )將石英襯底按照常規(guī)工藝清洗并烘干，去除表面吸附的雜質(zhì)和水蒸汽，再將襯底放入真空系統(tǒng)中，生長時(shí)ITO或ZnO陶瓷靶材與襯底均水平放置， 垂直距離約為7 cm， ZnO陶瓷耙材的純度為99.999。％;2) 生長前將真空系統(tǒng)預(yù)抽真空到l(T4Pa，然后緩慢通入氧氣和氬氣，同 時(shí)調(diào)節(jié)氧氣和氬氣的流量比到1: 2左右，把兩者的混合氣體通入真空室， 再使真空室氣壓保持為1 Pa 1.5 Pa;3) 打開射頻源，調(diào)節(jié)射頻功率為100 200W左右，依次開始生長ITO 薄膜和ZnO薄膜，厚度分別約為150 nm和600 nm左右，得到樣品；4) 然后，將樣品水平放置在石英爐內(nèi)，系統(tǒng)抽真空后，再通入高純02， 并緩慢升溫至40(TC保持一個(gè)小時(shí)，進(jìn)行后退火處理；5) 然后，用濃度約為20%的NH4C1溶液對樣品進(jìn)行腐蝕，直到露出ITO 薄膜，形成ZnO臺面；6) 最后在ZnO臺面上表面沉積厚度約為200nm左右的金屬Al作為歐姆接觸電極。本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，襯底材料選用藍(lán)寶石，其余同實(shí)施例1。實(shí)施例3:本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，采用激光分子束外延法沉積ZnO薄 膜，其余同實(shí)施例l。本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在襯底上沉積摻Al的ZnO透明導(dǎo)電 薄膜或摻Ga的MgZnO透明導(dǎo)電薄膜。實(shí)施例5:本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，ITO薄膜(2)采用沉積的半導(dǎo)體帶 系較窄的MgZnO薄膜，同樣可以達(dá)到實(shí)施例1的目的。本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在ZnO臺面上沉積厚度約為200nm 左右的透明導(dǎo)電薄膜ITO作為歐姆接觸電極，其余同實(shí)施例1。申請人對本實(shí)用新型的垂直結(jié)構(gòu)ZnO紫外光電探測器的探測性能進(jìn)行 了測試，發(fā)現(xiàn)該探測器在紫外輻照下具有較高的光電流，在5V偏壓下，光 電流和暗電流分別為15.87mA和0.87mA;并具有較快的上升時(shí)間和下降時(shí) 間，分別約為68.2ns (10%—90%)禾卩320us (1 — 1/3)(見圖2、圖3)。
權(quán)利要求1.一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，包括一襯底(1)，其特征在于，襯底上依次沉積有ITO薄膜(2)和ZnO薄膜層(3)，ZnO薄膜層腐蝕后露出ITO薄膜形成ZnO臺面，在ZnO臺面上表面沉積有歐姆接觸電極(4)。
2. 如權(quán)利要求l所述的垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在 于，所述的襯底(1)的材料為石英或藍(lán)寶石。
3. 如權(quán)利要求l所述的垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在 于，所述的ITO薄膜(2)的厚度為150nm 200nm。
4. 如權(quán)利要求l所述的垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在 于，ZnO薄膜(3)厚度為600nm。
5.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，其特征 在于，所述的歐姆接觸電極(4)為金屬Al或透明導(dǎo)電薄膜ITO。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，包括一襯底，襯底上依次沉積有ITO薄膜和ZnO薄膜層，ZnO薄膜層腐蝕后露出ITO薄膜形成ZnO臺面，在ZnO臺面上表面沉積有歐姆接觸電極。本實(shí)用新型的垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器，其制備過程簡單，成本低廉，易于控制，有利于光電集成，且容易產(chǎn)業(yè)化，有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號H01L31/101GK201167097SQ20072012643
公開日2008年12月17日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者洵 侯, 張景文, 臻 畢, 東 王, 邊旭明 申請人:西安交通大學(xué)