一種ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外探測(cè)器及其制備方法，尤其涉及一種ZnO基薄膜晶體管型紫外波段探測(cè)器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外探測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)繼紅外探測(cè)技術(shù)和激光技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的新型的軍民兩用技術(shù)，廣泛應(yīng)用于空間通訊、導(dǎo)彈預(yù)警、污染檢測(cè)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前市場(chǎng)上還是以技術(shù)較成熟的傳統(tǒng)商用光電倍增管和硅基紫外探測(cè)器為主。未見(jiàn)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的紫外探測(cè)器報(bào)道。
[0003]ZnO是一種重要的新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)，室溫禁帶寬度3.37 eV，激子束縛能高達(dá)60 meV，可見(jiàn)光透過(guò)率高，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，原料豐富等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的光電倍增管和硅基紫外探測(cè)器，基于第三代寬禁帶半導(dǎo)體ZnO基材料的紫外探測(cè)器可避免使用復(fù)雜昂貴的濾光片，并且其具有工作電壓較低、能耗較小、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備成本低、工藝簡(jiǎn)單易于生產(chǎn)，且靈敏度極高的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器，自下而上依次有低阻Si層、S12絕緣層、ZTO (ZnSnO)溝道層、納米Al顆粒層和Al電極。制備方法包括以下步驟:
1)將Zn(NO3) 2.6H20溶解于2-甲氧基乙醇，并添加乙酰丙酮和NH3.H2O, Zn (NO3)2.6H20、乙酰丙酮與NH3.H2O的摩爾比為1: 1: 3，室溫下攪拌至少12 h，獲得A溶液；
將SnCl2.2H20和順4勵(lì)3溶解于2-甲氧基乙醇，并添加乙酰丙酮和NH 3.H2O,SnCl2.2H20、NH4NO3^乙酰丙酮與NH3.H2O的摩爾比為1:1: 1:1.5，室溫下攪拌至少12 h，獲得B溶液；
用孔徑為0.21 ym的尼龍濾頭分別對(duì)A溶液和B溶液進(jìn)行過(guò)濾，再將過(guò)濾后的兩濾液按Zn: Sn摩爾比為X: 1-χ混合，x=0.3?0.5，將混合溶液超聲至少5次，每次20?30 min,陳化12?24 h后得到ZnxSn (1_x)0前驅(qū)體，χ=(λ 3?0.5 ;
2)在潔凈的電阻率為0.001?0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制備厚度為150?300 nm的S12絕緣層(2)，再在S1 2絕緣層(2)上旋涂步驟I)的Zn xSn (1_x)0前驅(qū)體，轉(zhuǎn)速為3500?4500 r/min，旋涂35 S，旋涂后在200?400 °C退火30 min，旋涂并退火若干次后在S12絕緣層(2)上獲得厚度為20?80 nm的ZTO溝道層(3)；
3)將步驟2)處理后的樣品放入熱蒸發(fā)設(shè)備中，抽真空至2X 10_4 Pa，以純度為99.999%的Al顆粒為蒸發(fā)源，在ZTO溝道層(3)上蒸鍍厚度為I?10 nm的納米Al顆粒層(4)；
4)在上述的納米Al顆粒層(4)上蒸鍍厚度為70?100nm的Al電極(5)，獲得ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器。
[0006]本發(fā)明的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器的工作原理是:在一定的源漏電壓下，通過(guò)控制柵極偏壓使紫外探測(cè)器工作在耗盡區(qū)，此時(shí)由于采用薄膜晶體管型的特殊結(jié)構(gòu)，使得紫外探測(cè)器的暗電流很??；當(dāng)有紫外光照射時(shí)，溝道層的ZTO吸收紫外光產(chǎn)生光生載流子，形成較大的源漏電流，即形成紫外探測(cè)器的光電流，進(jìn)行紫外探測(cè)。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:
1)通過(guò)燃燒法配制ZTO前驅(qū)體，反應(yīng)內(nèi)能大，后續(xù)可在低溫下退火；
2)本發(fā)明的紫外探測(cè)器采用薄膜晶體管型的特殊結(jié)構(gòu)，具有極小的暗電流，可以獲得高于其他類型紫外探測(cè)器數(shù)百倍的靈敏度；
3)本發(fā)明的紫外探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其制備方法簡(jiǎn)便且成本低，在軍事、民用以及一些特殊領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖中:1為低阻Si層、2為S12*緣層、3為ZTO溝道層、4為納米Al顆粒層、5為Al電極。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器，自下而上依次有低阻Si層
1、S12絕緣層2、ZTO溝道層3、納米Al顆粒層4和Al電極5。
[0012]實(shí)施例1
O稱取0.1275 g的Zn (NO3) 2.6H20溶解于2.14 mL的2-甲氧基乙醇，再加入0.09mL的乙酰丙酮和49 μ L的NH3.H2O,室溫下攪拌12 h，獲得A溶液；
稱取0.2257 g的SnCl2.2H20和0.0800g的NH4NO3溶解于5 mL的2-甲氧基乙醇，再加入0.2 mL的乙酰丙酮和57 μ L的NH3.H2O,室溫下攪拌12 h，獲得B溶液；
用孔徑為0.21 ym的尼龍濾頭分別對(duì)A溶液和B溶液進(jìn)行過(guò)濾，再將過(guò)濾后的兩濾液按Zn: Sn摩爾比為0.3:0.7混合，將混合溶液超聲5次，每次30 min,陳化12 h后得到Zna3Sna7O 前驅(qū)體；
2)在潔凈的電阻率為0.001-0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制備厚度為300 nm的S12絕緣層(2)，再在S1 2絕緣層(2)上旋涂步驟I)的Zn 0.3Sn0.70前驅(qū)體，轉(zhuǎn)速為4000 r/min，旋涂35 S，旋涂后在300 °C退火30 min，旋涂并退火5次后在S12絕緣層(2)上獲得厚度為50 nm的ZTO溝道層(3 );
3)將步驟2)處理后的樣品放入熱蒸發(fā)設(shè)備中，抽真空至2X 10_4 Pa，以純度為99.999%的Al顆粒為蒸發(fā)源，在ZTO溝道層(3)上蒸鍍厚度為4 nm的納米Al顆粒層(4);
4)在上述的納米Al顆粒層(4)上蒸鍍厚度為100nm的Al電極(5)，獲得ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器。
[0013]本例制得的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器靈敏度為:S= (Iphoto-1dark) /Idark= (1365.5 μ A-0.03229 μΑ)/0.03229 μΑ=42288。
[0014]實(shí)施例2 1)稱取0.1785 g的Zn (NO3) 2.6H20溶解于3 mL的2-甲氧基乙醇，再加入0.12 mL的乙酰丙酮和68 μ L的NH3.H2O,室溫下攪拌12 h，獲得A溶液；
稱取0.2369 g的SnCl2.2H20和0.0841 g的NH4NO3溶解于5.25 mL的2-甲氧基乙醇，再加入0.21 mL的乙酰丙酮和60 μ L的NH3.H2O,室溫下攪拌12 h獲得B溶液；
用孔徑為0.21 ym的尼龍濾頭分別對(duì)A溶液和B溶液進(jìn)行過(guò)濾，再將過(guò)濾后的兩濾液按Zn: Sn摩爾比為0.36:0.64混合，將混合溶液超聲6次，每次20 min,陳化24 h后得到Zn。.36^Ι1ο.64〇目U 驅(qū)體；
2)在潔凈的電阻率為0.001-0.005 Ω.Cm的低阻Si片(I)上制備厚度為150 nm的S12絕緣層(2)，再在S12絕緣層(2)上旋涂步驟I)的Zn U6Sna64O前驅(qū)體，轉(zhuǎn)速為4500 r/min，旋涂35 S，旋涂后在200 °C退火30 min，旋涂并退火3次后在S12絕緣層(2)上獲得厚度為20 nm的ZTO溝道層(3 );
3)將步驟2)處理后的樣品放入熱蒸發(fā)設(shè)備中，抽真空至2X 10_4 Pa，以純度為99.999%的Al顆粒為蒸發(fā)源，在ZTO溝道層(3)上蒸鍍厚度為2 nm的納米Al顆粒層(4);
4)在上述的納米Al顆粒層(4)上蒸鍍厚度為100nm的Al電極(5)，獲得ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器。
[0015]本例制得的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器靈敏度為:S= (Iphoto-1dark) /Idark= (465.2 μA-0.01248 μΑ)/0.01248 μΑ=37275。
[0016]實(shí)施例3
1)稱取0.2975 g的Zn (NO3)2.6Η20溶解于5 mL的2-甲氧基乙醇，再加入0.2 mL的乙酰丙酮和114 μ L的NH3.H2O,室溫下攪拌12 h，獲得A溶液；
稱取0.2257 g的SnCl2.2Η20和0.0800 g的NH4NO3溶解于5 mL的2-甲氧基乙醇，再加入0.2 mL的乙酰丙酮和57 μ L的NH3.H2O,室溫下攪拌12 h，獲得B溶液；
用孔徑為0.21 ym的尼龍濾頭分別對(duì)A溶液和B溶液進(jìn)行過(guò)濾，再將過(guò)濾后的兩濾液按Zn: Sn摩爾比為0.5:0.5混合，將混合溶液超聲5次，每次30 min,陳化18 h后得到Zna5Sna5O 前驅(qū)體；
2)在潔凈的電阻率為0.001-0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制備厚度為300 nm的S12絕緣層(2)，再在S1 2絕緣層(2)上旋涂步驟I)的Zn 0.5Sn0.50前驅(qū)體，轉(zhuǎn)速為3500 r/min，旋涂35 S，旋涂后在300 °C退火30 min，旋涂并退火5次后在S12絕緣層(2)上獲得厚度為80 nm的ZTO溝道層(3 );
3)將步驟2)處理后的樣品放入熱蒸發(fā)設(shè)備中，抽真空至2X 10_4 Pa，以純度為99.999%的Al顆粒為蒸發(fā)源，在ZTO溝道層(3)上蒸鍍厚度為10 nm的納米Al顆粒層(4);
4)在上述的納米Al顆粒層(4)上蒸鍍厚度為70nm的Al電極(5)，獲得ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器。
[0017]本例制得的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器靈敏度為:S= (Iphoto-1dark) /Idark= (183.95 μ A-0.01251 μ A)/0.01251 μΑ=14703。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器，其特征在于，該探測(cè)器自下而上依次有低阻Si層(1)、S12絕緣層(2)、ZTO溝道層(3)、納米Al顆粒層(4)和Al電極(5)。2.制備權(quán)利要求1所述的ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將Zn(NO3) 2.6H20溶解于2-甲氧基乙醇，并添加乙酰丙酮和NH3.H2O, Zn (NO3).2.6H20、乙酰丙酮與NH3.H2O的摩爾比為1: 1: 3，室溫下攪拌至少12 h，獲得A溶液； 將SnCl2.2H20和順4勵(lì)3溶解于2-甲氧基乙醇，并添加乙酰丙酮和NH 3.H2O,SnCl2.2H20、NH4NO3^乙酰丙酮與NH3.H2O的摩爾比為1:1: 1:1.5，室溫下攪拌至少12 h，獲得B溶液； 用孔徑為0.21 ym的尼龍濾頭分別對(duì)A溶液和B溶液進(jìn)行過(guò)濾，再將過(guò)濾后的兩濾液按Zn: Sn摩爾比為X: 1-χ混合，x=0.3?0.5，將混合溶液超聲至少5次，每次20?30 min，陳化12?24 h后得到ZnxSn (1_x)0前驅(qū)體，χ=(λ 3?0.5 ; 2)在潔凈的電阻率為0.001?0.005 Ω.cm的低阻Si片(I)上制備厚度為150?.300 nm的S12絕緣層(2)，再在S1 2絕緣層(2)上旋涂步驟I)的Zn xSn (1_x)0前驅(qū)體，轉(zhuǎn)速為3500?4500 r/min，旋涂35 S，旋涂后在200?400 °C退火30 min，旋涂并退火若干次后在S12絕緣層(2)上獲得厚度為20?80 nm的ZTO溝道層(3)； 3)將步驟2)處理后的樣品放入熱蒸發(fā)設(shè)備中，抽真空至2X 10_4 Pa，以純度為99.999%的Al顆粒為蒸發(fā)源，在ZTO溝道層(3)上蒸鍍厚度為I?10 nm的納米Al顆粒層(4)； 4)在上述的納米Al顆粒層(4)上蒸鍍厚度為70?100nm的Al電極(5)，獲得ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種ZnO基薄膜晶體管型紫外探測(cè)器及其制備方法，該紫外探測(cè)器自下而上依次有低阻Si層、SiO2絕緣層、ZTO溝道層、納米Al顆粒層和Al電極。其制備方法如下：先采用燃燒法制備ZTO前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體溶液旋涂在Si/SiO2的SiO2面上，旋涂數(shù)次并退火，再用熱蒸發(fā)在ZTO表面蒸鍍上一層納米Al顆粒，最后鍍上Al電極完成紫外探測(cè)器的制作。相比于傳統(tǒng)的紫外探測(cè)器，此方法制備的紫外探測(cè)器暗電流低、響應(yīng)靈敏度極高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低，在軍事、民用以及一些特殊領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】H01L31/18, B82Y30/00, B82Y40/00, H01L31/112, H01L31/0216
【公開(kāi)號(hào)】CN104952967
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510225980
【發(fā)明人】潘新花, 王偉豪, 戴文, 葉志鎮(zhèn)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日