專利名稱：鉭酸鈉薄膜紫外光探測器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體光電探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以鉭酸鈉(NaTaO3)薄膜為基體材料，以Au、Pt或Ni為金屬電極的NaTaO3薄膜紫外光探測器及其制備方法。
背景技術(shù)：
紫外探測技術(shù)是繼激光、紅外及可見光探測以外的又一門新興探測技術(shù)，在國防、 紫外天文學、燃燒工程、導彈尾焰探測、紫外告警、生物細胞癌變檢測和渦輪引擎燃燒效率監(jiān)測等方面所表現(xiàn)出來的巨大應(yīng)用前景使其成為近年來光電探測領(lǐng)域的熱點。目前制造紫外探測器的半導體材料主要集中為氮化鎵、金剛石膜、碳化硅和氧化鋅等。由于這些材料的制備工藝難度大，器件的制作工藝復雜，造成紫外探測技術(shù)發(fā)展緩慢。為了擺脫這些問題，人們積極展開研究工作，尋找性能優(yōu)越、價格低廉、工藝簡單的可替代材料，探索新的器件制備工藝。近幾年，由于良好的光電性能，鈣鈦礦材料逐漸被用于光電器件的研制。作為鈣鈦礦材料的一種，NaTaO3W物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，并且在整個日盲區(qū)顯現(xiàn)出了優(yōu)異的光電特性，因此可作為制作日盲型紫外探測器的基體材料。傳統(tǒng)的薄膜生長法是溶膠-凝膠法，但是溶膠-凝膠法工藝復雜，多次涂膜可能會導致基底材料出現(xiàn)龜裂，進而影響光電性能；而固相反應(yīng)法制得的材料粒徑較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以水熱合成法制備的NaTaO3薄膜為基體材料的金屬-半導體-金屬結(jié)構(gòu)NaTaO3薄膜紫外光探測器及該探測器的制備方法。采用水熱法制備NaTaO3薄膜，擺脫了溶膠_凝膠工藝多次涂膜可能導致膜裂的缺點，也可克服固相反應(yīng)法材料粒徑過大的問題，同時為大規(guī)模制備工藝簡單、成本低、缺陷密度較低、結(jié)晶度良好的紫外探測器基體材料提供了新的渠道，因此具有重要的應(yīng)用價值。本發(fā)明所述的水熱合成法制備的NaTaO3薄膜紫外光探測器，從下至上依次由金屬鉭片襯底，采用水熱合成法在金屬鉭片上生長的NaTaO3薄膜，在NaTaO3薄膜上采用磁控濺射法制備的Au、Pt或M金屬插指電極組成，待探測的紫外光從金屬插指電極的上方入射； NaTaO3薄膜的厚度為0. 5 2 μ m，金屬插指電極的厚度為0. 03 0. 15 μ m,插指電極的寬度為0. 5 1mm，插指電極的間距為0. 5 1mm。本發(fā)明所述的水熱法NaTaO3薄膜紫外光探測器的制備步驟如下1、襯底的清洗將金屬鉭片襯底用離子水清洗干凈，然后用氮氣吹干；2、水熱合成法NaTaO3薄膜的制備將2 3克氫氧化鈉溶解在10 15毫升去離子水中，然后將氫氧化鈉溶液置于反應(yīng)釜中，把金屬鉭片放入反應(yīng)釜中并將反應(yīng)釜密封，然后把反應(yīng)釜放在電阻爐內(nèi)，將溫度調(diào)到130 200°C加熱10 Mh ；將反應(yīng)釜取出后冷卻至室溫，再將鉭片取出，先用去離子水沖洗鉭片，再用氮氣吹干，從而在鉭片上得到厚度為0. 5 2 μ m的NaTaO3薄膜；
3、采用磁控濺射技術(shù)在NaTaO3薄膜上制備金屬插指電極采用磁控濺射技術(shù)制備金屬電極，在NaTaO3薄膜上覆蓋一個與插指電極結(jié)構(gòu)互補的掩膜板，將NaTaO3薄膜與掩膜板一并置于真空室中，抽真空至1. OX 10_3 5. OX 10_3Pa ； 然后通Ar氣，濺射氣壓為0. 3 1. 2Pa,濺射功率為40 110W，濺射時間5 30分鐘，濺射鈀為Au、Pt或Ni鈀，濺射得到的插指電極的厚度為0. 03 0. 15 μ m ；最后將NaTaO3薄膜上的掩膜板去掉，從而得到金屬插指電極，其中插指電極寬度為0. 5 1mm，插指電極間距為0. 5 Imm ；至此制備得到金屬-半導體(NaTaO3)-金屬平面結(jié)構(gòu)NaTaO3薄膜紫外光探測器。


圖1 本發(fā)明所制備器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2器件的電流-電壓特性曲線(膜厚0.5 μ m)；圖3器件的電流-電壓特性曲線(膜厚1 μ m)；圖4器件的電流-電壓特性曲線(膜厚2 μ m)。如圖1所示，各部分名稱為金屬鉭片襯底1，NaTaO3薄膜2，插指電極3，紫外光4 直接照射在插指電極3間的NaTaO3薄膜上，從而產(chǎn)生光電流；如圖2所示，曲線1為膜厚為0. 5 μ m時，在135 μ ff/cm2的紫外光照射下，器件的 I-V曲線；曲線2為器件在沒有光照下的I-V曲線；IOV偏壓下，暗電流是37nA，光電流相對于暗電流提高了 4倍多。如圖3所示，曲線1為膜厚為1 μ m時，在135 μ ff/cm2的紫外光照射下，器件的I_V 曲線；曲線2為器件在沒有光照下的I-V曲線；IOV偏壓下，暗電流是41nA，光電流相對于暗電流提高了近5倍。如圖4所示，曲線1為膜厚為2μπι時，在135μ W/cm2的紫外光照射下，器件的I_V 曲線；曲線2為器件在沒有光照下的I-V曲線；IOV偏壓下，暗電流是50nA，光電流相對于暗電流提高了 4倍多。
具體實施例方式實施例1 首先采用水熱合成法在干凈的金屬襯底上生長一層厚度為0. 5 μ m厚的NaTaO3薄膜。將2克氫氧化鈉溶解在14毫升去離子水中，然后將氫氧化鈉溶液置于反應(yīng)釜中， 把鉭片(16mmX12mmXlmm)放入反應(yīng)釜中并將反應(yīng)釜密封，接著把反應(yīng)釜放在電阻爐內(nèi)， 將溫度調(diào)到150°C加熱9h ；將反應(yīng)釜取出后冷卻至室溫，再將鉭片取出，先用去離子水沖洗，再用氮氣吹干。在制備好的NaTaO3薄膜上覆蓋一個與插指電極結(jié)構(gòu)互補的掩膜板。采用磁控濺射技術(shù)在插指圖形上濺射一層金屬將樣品置于真空室中，抽真空至3. OXKT3Pa ；然后通Ar 氣，濺射氣壓為0. 8Pa，濺射功率為80W，濺射時間為6分鐘，濺射鈀為Au鈀；將覆蓋其上的掩膜板去掉，即得到金屬插指電極，其中插指電極的厚度為120nm，插指電極寬度為1mm，插指電極間距為1mm。據(jù)此得到Au-NaTaO3-Au平面結(jié)構(gòu)NaTaO3薄膜紫外光探測器如圖1所不；制作好器件之后，對其光電特性進行了測試。由圖2所示，器件的暗電流是37nA， 當紫外光照在器件上時，器件電流所提高，即出現(xiàn)一定程度的光響應(yīng)。在IOV偏壓下， 135 μ W/cm2紫外光照射下光電流可以達到0. 16μΑ，光、暗電流相差4倍多。通過公式計算出的響應(yīng)度為9. 2mA/W。實施例2 采用水熱合成法在金屬襯底上生長一層厚度為1 μ m厚的NaTaO3薄膜。將2. 6克氫氧化鈉溶解在14毫升去離子水中，然后將氫氧化鈉溶液置于反應(yīng)釜中，把鉭片(16mmX12mmXlmm)放入反應(yīng)釜中并將反應(yīng)釜密封，接著把反應(yīng)釜放在電阻爐內(nèi)，將溫度調(diào)到150°C加熱12h ；將反應(yīng)釜取出后冷卻至室溫，再將鉭片取出，先用去離子水沖洗，再用氮氣吹干。在制備好的NaTaO3薄膜上覆蓋一個與插指電極結(jié)構(gòu)互補的掩膜板。采用磁控濺射技術(shù)在插指圖形上濺射一層金屬將樣品置于真空室中，抽真空至3. OXKT3Pa ；然后通Ar 氣，濺射氣壓為0. 8Pa，濺射功率為80W，濺射時間為6分鐘，濺射鈀為Au鈀；將覆蓋其上的掩膜板去掉，即得到金屬插指電極，其中插指電極的厚度為120nm，插指電極寬度為1mm，插指電極間距為1mm。制作好器件之后，對其光電特性進行了測試。由圖3所示，器件的暗電流是41nA， 當紫外光照在器件上時，器件電流所提高，即出現(xiàn)一定程度的光響應(yīng)。在IOV偏壓下， 135 μ W/cm2紫外光照射下光電流可以達到0. 18μΑ，光、暗電流相差近5倍。通過公式計算出的響應(yīng)度為10mA/W。實施例3 采用水熱合成法在金屬襯底上生長一層厚度為2 μ m厚的NaTaO3薄膜。將3克氫氧化鈉溶解在14毫升去離子水中，然后將氫氧化鈉溶液置于反應(yīng)釜中， 把鉭片(16mmX12mmXlmm)放入反應(yīng)釜中并將反應(yīng)釜密封，接著把反應(yīng)釜放在電阻爐內(nèi)， 將溫度調(diào)到180°C加熱12h ；將反應(yīng)釜取出后冷卻至室溫，再將鉭片取出，先用去離子水沖洗，再用氮氣吹干。在制備好的NaTaO3薄膜上覆蓋一個與插指電極結(jié)構(gòu)互補的掩膜板。采用磁控濺射技術(shù)在插指圖形上濺射一層金屬將樣品置于真空室中，抽真空至3. OXKT3Pa ；然后通Ar 氣，濺射氣壓為0. 8Pa，濺射功率為80W，濺射時間為6分鐘，濺射鈀為Au鈀；將覆蓋其上的掩膜板去掉，即得到金屬插指電極，其中插指電極的厚度為120nm，插指電極寬度為1mm，插指電極間距為1mm。制作好器件之后，對其光電特性進行了測試。由圖4所示，器件的暗電流是50nA， 當紫外光照在器件上時，器件電流所提高，即出現(xiàn)一定程度的光響應(yīng)。在IOV偏壓下， 135 μ W/cm2紫外光照射下光電流可以達到0. 20 μ Α，光、暗電流相差近4倍。通過公式計算出的響應(yīng)度為llmA/W。
權(quán)利要求
1.一種采用水熱合成法制備的NaTaO3薄膜紫外光探測器，其特征在于從下至上依次由金屬鉭片(1)襯底，采用水熱合成法在金屬鉭片上生長的NaTaO3薄膜( ，在NaTaO3薄膜上采用磁控濺射法制備的Au、Pt或Ni金屬插指電極C3)組成，待探測的紫外光(4)從金屬插指電極(3)的上方入射。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用水熱法制備的NaTaO3薄膜紫外光探測器，其特征在于金屬鉭片(1)的厚度為0. 3 1mm，NaTaO3薄膜的厚度為0. 5 2 μ m，金屬插指電極的厚度為0. 03 0. 15 μ m，插指電極寬度為0.5 1mm，插指電極間距為0. 5mm 1mm。
3.—種權(quán)利要求1所述的采用水熱合成法制備的NaTaO3薄膜紫外光探測器的制備方法，其步驟如下(1)、襯底的清洗將金屬鉭片襯底用去離子水清洗干凈，然后用氮氣吹干；(2)、水熱合成法NaTaO3薄膜的制備將2 3克氫氧化鈉溶解在10 15毫升去離子水中，然后將氫氧化鈉溶液置于反應(yīng)釜中，把金屬鉭片放入反應(yīng)釜中并將反應(yīng)釜密封，然后把反應(yīng)釜放在電阻爐內(nèi)，將溫度調(diào)到 130 200°C加熱10 Mh ；將反應(yīng)釜取出后冷卻至室溫，再將金屬鉭片取出，先用去離子水沖洗金屬鉭片，再用氮氣吹干，從而在金屬鉭片上得到厚度為0. 5 2 μ m的NaTaO3薄膜；(3)、采用磁控濺射技術(shù)在NaTaO3薄膜上制備金屬插指電極采用磁控濺射技術(shù)制備金屬電極，插指電極的厚度為0. 03 0. 15 μ m，插指電極寬度為0. 5 1mm，插指電極間距為 0. 5 Imm ；至此制備得到金屬一半導體NaTaO3-金屬的平面結(jié)構(gòu)NaTaO3薄膜紫外光探測器。
4.如權(quán)利要求1所述的采用水熱合成法制備的NaTaO3薄膜紫外光探測器的制備方法， 其特征在于磁控濺射技術(shù)是在NaTaO3薄膜上覆蓋一個與插指電極結(jié)構(gòu)互補的掩膜板，將 NaTaO3薄膜與掩膜板一并置于真空室中，抽真空至1. 0 X 10_3 5. 0 X IO^Pa ；然后通Ar氣， 濺射氣壓為0. 3 1. 2Pa,濺射功率為40 110W，濺射時間5 30分鐘，濺射鈀為Au、Pt 或Ni鈀，最后將NaTaO3薄膜上的掩膜板去掉，從而得到金屬插指電極。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導體光電探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以NaTaO3薄膜為基體材料，以Au、Pt或Ni為金屬電極的NaTaO3薄膜紫外光探測器及其制備方法。其是在金屬鉭片上生長一層NaTaO3薄膜，進而通過磁控濺射技術(shù)在覆蓋有掩膜板的NaTaO3薄膜上濺射一層金屬，掩膜板上具有插指電極結(jié)構(gòu)，據(jù)此在薄膜上形成金屬插指狀電極；本發(fā)明制備的NaTaO3薄膜紫外光探測器具有制備方法簡單，成本低廉，有望大規(guī)模生產(chǎn)的特點，對波長220nm-330nm的紫外線具有良好的檢測性能。
文檔編號H01L31/09GK102368508SQ20111033916
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者馮彩慧, 劉彩霞, 周敬然, 張敏, 張海峰, 阮圣平, 陳維友 申請人:吉林大學