專利名稱：一種PIN結(jié)構(gòu)TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種用于紫外光探測(cè)的PIN結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器及其制作方法。
背景技術(shù)：
紫外光探測(cè)器是目前繼紅外和激光傳感技術(shù)之后出現(xiàn)的又一軍民兩用光電探測(cè)技術(shù)。這種探測(cè)技術(shù)因其性能優(yōu)異，抗干擾能力強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用在飛行器、火箭及導(dǎo)彈尾焰探測(cè)、紫外通訊技術(shù)、冶金鍛造、火焰預(yù)警等諸多領(lǐng)域。特別是在航空航天領(lǐng)域，對(duì)宇宙中重要信息——紫外輻射的探測(cè)，大型空間天文儀器的建造等都迫切需要一種先進(jìn)的紫外線探測(cè)器件。因此，世界各國(guó)已經(jīng)把研究性能先進(jìn)、可靠，成本低廉的全固態(tài)紫外光探測(cè)器列為研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)課題。
目前，用于制備紫外光探測(cè)器的材料很多，如已投入商業(yè)和軍事應(yīng)用的紫外光電倍增管和硅基紫外光電探測(cè)器。光電倍增管需要在高壓下工作，而且體積笨重、效率低，并且所需電路復(fù)雜，這在很大程度上限制了它的使用。相比之下作為半導(dǎo)體材料的硅基紫外光電探測(cè)器一般體積較小，重量較輕，并且不需要復(fù)雜的電路。由于Si材料成熟的技術(shù)，使得它已成為制作光探測(cè)器的最主要的材料。但是，作為窄禁帶半導(dǎo)體，Si基材料不僅吸收紫外光，而且對(duì)可見(jiàn)光同樣存在吸收，這使得硅基紫外光探測(cè)器件不得不使用昂貴的濾光片，這就大大提高了探測(cè)器的制造成本。而且，由于紫外光探測(cè)器大都工作在極其惡劣的環(huán)境下，如對(duì)火焰燃燒進(jìn)行監(jiān)視、在宇宙中對(duì)天體輻射進(jìn)行探測(cè)等等，這些都是Si探測(cè)器所不能勝任的。
為了解決上述問(wèn)題，同時(shí)保持全固體結(jié)型探測(cè)器件體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)，人們開(kāi)始關(guān)注一些只吸收紫外光，并且耐高溫、適合在惡劣環(huán)境中使用的寬帶隙半導(dǎo)體材料。其中，SiC、GaN和金剛石材料因其寬的禁帶寬度和優(yōu)異的光電性能逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。這些材料不僅禁帶寬度適中，抗干擾能力強(qiáng)，適合在紅外或可見(jiàn)光背景下進(jìn)行紫外光探測(cè)，而且具有優(yōu)秀的熱導(dǎo)、熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性，非常適合光電子器件的制造。近年來(lái)，已有多個(gè)專利被提出(Kazushi Hayashi，Kobe；Takeshi Tachibana，Kobe；Yoshihiro Yokota，Kobe；Nobuyuki Kawakami，Kobe.Ultraviolet Sensor and Method for Manufacturing the Same，United States PatentUS 7,193,241 B2；王林軍，夏義本，馬瑩，蘇青峰，劉健敏.紫外光探測(cè)器的制備方法，中國(guó)CN 1874009A；Gou-Chung Chi；Iinn-Kong Sheu；Meng-Che Chen；Min-Lum Lee.Ultraviolet Detector and Manufacture Method Thereof.United StatesPatentUS 7,009,185，B2；趙德剛，楊輝.PIN結(jié)構(gòu)氮化鎵基紫外探測(cè)器，中國(guó)CN 1747184A；Giampiero de Cesare；Fernanda Irrera；Fabrizio Palma.Thin Film Detector ofUltraviolet Radiation，with High Spectral Selectivity Option.United States Patent5,682,037；謝家純，王麗玉.SiC肖特基紫外探測(cè)器，中國(guó)CN 2703329Y)。但這些材料的制備通常需要應(yīng)用昂貴的制造設(shè)備和襯底材料，這在無(wú)形中提高的制造成本，而且材料本身的制備工藝難度也較大。
為了進(jìn)一步降低成本，人們逐漸將目光集中到同為寬帶隙半導(dǎo)體材料的TiO2(帶寬3.2eV)上。這種材料不僅耐高溫、耐用性強(qiáng)，而且制備工藝成熟，工藝難度較低，采用通常方法(氣相沉積、液相沉積法、溶膠-凝膠法等)即可制得高質(zhì)量、性能穩(wěn)定的薄膜材料。而且相應(yīng)的納米晶薄膜材料還將具有高多孔性、高表面積、高光電導(dǎo)性、高光電化學(xué)和催化活性等優(yōu)良特性。正是由于上述諸多優(yōu)點(diǎn)，該材料已廣泛應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池、光催化分解污染物、自清潔薄膜等領(lǐng)域。近年來(lái)，有關(guān)TiO2基紫外光傳感器的相關(guān)研究已日漸增多(MasayukiOkuya，Katsuyuki Shiozaki，Nobuyuki Horikawa，Tsuyoshi Kosugi，G.R.Asoka Kumara，János Madarász，Shoji Kaneko，Gyrgy Pokol.Porous TiO2thin films prepared by spraypyrolysis deposition(SPD)technique and their application to UV sensors，Solid StateIonics 172(2004)527-531；Fu Yao，Cao Wanghe.Preparation of transparent TiO2nanocrystalline film for UV sensor，Chinese Science Bulletin.2006，51(14)1657-1661；甘勇，劉彩霞，張爽，薛海林，董瑋，張歆東，鄒博，吳鳳清，徐寶琨，陳維友.TiO2薄膜紫外探測(cè)器的光電特性，半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，2005，26(4)795-797)。
根據(jù)基本工作方式的不同，可以將半導(dǎo)體光電探測(cè)器分為光電導(dǎo)型探測(cè)器件和光伏型探測(cè)器件。其中，光伏型探測(cè)器又可分為p-n結(jié)型、pin結(jié)型和肖特基勢(shì)壘型等。雖然光電導(dǎo)型器件具有內(nèi)部光電子增益較高，響應(yīng)電流大等優(yōu)點(diǎn)，但是，這種器件存在光電導(dǎo)持續(xù)時(shí)間，因此響應(yīng)速度較慢，而且其光響應(yīng)與入射光之間存在非線性變化關(guān)系。所以，以上述這些寬帶隙半導(dǎo)體材料制得的探測(cè)器多以光伏型光電器件為主。它們不僅具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高、響應(yīng)特性好的優(yōu)點(diǎn)，而且在結(jié)構(gòu)上通常包含一個(gè)由肖特基勢(shì)壘或p-n結(jié)形成的耗盡層，由于該耗盡層處于固體器件的內(nèi)部，所以器件的光電性能很難受外界環(huán)境的干擾。加之高電場(chǎng)只施加在耗盡層上，所以通常可以得到令人滿意的探測(cè)效果。目前，已提出了一種以肖特基勢(shì)壘結(jié)為基礎(chǔ)的金屬/半導(dǎo)體/金屬(MSM結(jié)構(gòu))的TiO2紫外光探測(cè)器(薛海林，張歆東，劉彩霞，董瑋，周敬然，阮圣平，陳維友，徐寶琨.金屬/半導(dǎo)體/金屬結(jié)構(gòu)TiO2紫外光探測(cè)器及制備.中國(guó)CN 1828950A)，該探測(cè)器工藝簡(jiǎn)單、量子效率高、內(nèi)部增益低、響應(yīng)速度快，不存在高溫?cái)U(kuò)散過(guò)程，可得到令人滿意的紫外探測(cè)效果。
與這種肖特基勢(shì)壘光探測(cè)器相比，p-n結(jié)型光生伏特探測(cè)器不僅工作偏壓低，輸出阻抗和工作頻率高，而且在給定的內(nèi)建電壓情況下，p-n結(jié)中飽和電流要比肖特基勢(shì)壘二極管中的飽和電流小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，對(duì)于同一半導(dǎo)體材料，p-n結(jié)中的內(nèi)建電壓要比肖特基勢(shì)壘中的大。這些優(yōu)勢(shì)可以彌補(bǔ)肖特基勢(shì)壘型光探測(cè)器勢(shì)壘偏低、漏電流大的不足。此外，為提高光電探測(cè)器的量子效率和響應(yīng)速度，可以通過(guò)在p區(qū)和n區(qū)之間添加一輕施主摻雜的近本征區(qū)來(lái)加寬耗盡層的厚度，從而形成pin結(jié)構(gòu)。這樣不僅會(huì)極大的提高光響應(yīng)強(qiáng)度和響應(yīng)速度，而且也會(huì)使漏電流和噪聲顯著減小。但是，由于TiO2為N型導(dǎo)電材料，通常的制備方法又很難獲得P型TiO2導(dǎo)電材料，因此，在工藝上要想形成由pn型或pin型TiO2基結(jié)型光探測(cè)器件是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、性能穩(wěn)定的新型TiO2基pin結(jié)型紫外光探測(cè)器，并提供一種制造該探測(cè)器的方法。這種探測(cè)器的核心由P型寬帶隙半導(dǎo)體薄膜、N型半導(dǎo)體薄膜、以及二者之間的本征TiO2有源區(qū)構(gòu)成pin結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，PIN結(jié)構(gòu)TiO2基紫外探測(cè)器包含導(dǎo)電基底1；位于導(dǎo)電基底1上的N型接觸層2；位于N型接觸層2上的作為紫外光吸收層的本征TiO2有源層3；位于本征TiO2有源層3上的P型接觸層4；至少一個(gè)位于P型接觸層4上的P型歐姆電極5和至少一個(gè)位于導(dǎo)電基底1上的N型歐姆電極6。探測(cè)器表面具有探測(cè)區(qū)，該探測(cè)區(qū)域具有至少一個(gè)子區(qū)域暴露于P型歐姆電極5之外。
導(dǎo)電基底1為ITO導(dǎo)電玻璃或FTO導(dǎo)電玻璃；N型接觸層2為N型TiO2、N型NiO、N型ZnO、N型SnO2、N型SiO2材料中的一種；P型接觸層(4)為P型NiO、P型ZnO、P型SnO2或P型TiO2材料材料中的一種，P型歐姆電極5和N型歐姆電極6為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)或曲線結(jié)構(gòu)。
N型接觸層2、本征TiO2有源層3和P型接觸層4的制備方法包括溶膠-凝膠法、液相沉積法、氣相沉積法、磁控濺射。
P型歐姆電極5和N型歐姆電極6的制備方法包括濺射工藝、氣相沉積工藝、離子鍍工藝、蒸鍍工藝。
本發(fā)明提出的TiO2基PIN結(jié)型紫外光探測(cè)器的制備步驟如下A、對(duì)導(dǎo)電基底1進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法為，導(dǎo)電基底(1)經(jīng)丙酮和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的NaOH溶液超聲清洗10-20min后，于除油劑(NaOH 76g/L、Na3PO426g/L、Na2CO330g/L)中煮沸，然后在沸騰的去離子水中清洗干凈并自然涼干，除油劑的組分及含量為NaOH76g/L，Na3PO426g/L，Na2CO330g/L。
B、在預(yù)處理后的導(dǎo)電基底1上制備N型接觸層2，該N型基礎(chǔ)層2的面積小于導(dǎo)電基底1的面積；C、在N型接觸層2上制備本征TiO2有源層3；D、采用干法刻蝕技術(shù)對(duì)本征TiO2有源層3四周進(jìn)行部分刻蝕；E、在本征有源層3的刻蝕部分制備P型接觸層4；F、在P型接觸層4上制作P型歐姆電極5；G、在導(dǎo)電基底1上制作N型歐姆電極6；制得PIN結(jié)構(gòu)TiO2基紫外探測(cè)器。
導(dǎo)電基底1為ITO導(dǎo)電玻璃或FTO導(dǎo)電玻璃，厚度為0.1-2mmN型接觸層2為N型TiO2、N型NiO、N型ZnO、N型SnO2、N型SiO2材料中的一種。厚度0.5-10μm，電子濃度大于1×1018cm-3。
其中本征TiO2有源層3為TiO2納米管薄膜或多晶顆粒薄膜或單晶薄膜材料，厚度0.1-10μm。
本征TiO2有源層3四周經(jīng)刻蝕后形成的臺(tái)階寬度為1-5mm，厚度為0.05-1μm。
P型接觸層4為P型NiO、P型ZnO、P型SnO2以及P型TiO2中的一種，厚度0.05-1μm，自由載流子濃度小于1×1016cm-3。
由于產(chǎn)生于P區(qū)和N區(qū)的光生載流子必須先擴(kuò)散至空間電荷區(qū)才能在內(nèi)建電場(chǎng)作用下快速漂移運(yùn)動(dòng)，因此，時(shí)間響應(yīng)較慢，會(huì)產(chǎn)生延遲電流。應(yīng)盡量減小P型接觸層4的厚度，增大本征TiO2有源層3的厚度，使光吸收主要發(fā)生在空間電荷區(qū)。同時(shí)，要保證有源層3的厚度不要過(guò)大大，以確保耗盡層電場(chǎng)足夠強(qiáng)，這樣可以有效抑制光生載流子的復(fù)合，提高探測(cè)器1的響應(yīng)速度。
P型歐姆電極5和N型歐姆電極6為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)或曲線結(jié)構(gòu)，由Au或Pd或Pt或Ni或Al制得，厚度為0.1-5μm。
本發(fā)明采用本征TiO2薄膜作為有源區(qū)，P型寬帶隙半導(dǎo)體薄膜作為P型接觸層，N型半導(dǎo)體薄膜作為N型接觸層構(gòu)成了PIN結(jié)構(gòu)器件。器件中，本征TiO2有源層大大增加了耗盡區(qū)的寬度，當(dāng)波長(zhǎng)小于380nm的紫外光照射到器件上時(shí)，入射光被本征TiO2有源層吸收后，產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，這些光生電子-空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下被有效分離，并被掃出耗盡區(qū)，形成光生電流，從而避免了光生電子-空穴對(duì)的大量復(fù)合。由于探測(cè)器的P型接觸層被P型歐姆電極覆蓋，實(shí)際受光部分為暴露在外面的TiO2本征層，這就使得P型接觸層不會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，從而避免了延遲電流的產(chǎn)生，因此，探測(cè)器光響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性高。
本發(fā)明的有益效果是，具有外量子效率和靈敏度高、響應(yīng)速度快、暗電流小、體積小巧等諸多優(yōu)點(diǎn)。薄膜制備工藝簡(jiǎn)便成熟，可采用低成本的制備方法，如溶膠-凝膠、液相沉積、氣相沉積等方法制備納米TiO2及半導(dǎo)體薄膜，鈦源為比較便宜的鈦酸四丁酯、四氯化鈦或硫酸氧鈦。所制備的探測(cè)器不僅成本低廉，而且使用壽命長(zhǎng)，并且只對(duì)波長(zhǎng)短于380nm的紫外光具有高靈敏度的響應(yīng)輸出，而對(duì)紅外和可見(jiàn)光沒(méi)有任何響應(yīng)，可防止除紫外光以外的其它光源的干擾。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明提出的PIN結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器的剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明提出的PIN結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器的平面示意圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1中TiO2薄膜的紫外-可見(jiàn)吸收光譜分析圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2中TiO2∶Zn薄膜的紫外-可見(jiàn)吸收光譜分析圖。
圖中，1、導(dǎo)電基底，2、N型接觸層，3、本征TiO2有源層，4、P型接觸層，5、P型歐姆電極，6、N型歐姆電極。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本征TiO2溶膠的制備以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體。將鈦酸四丁酯和二乙醇胺溶于無(wú)水乙醇(占總量的60％)，攪拌30-60min得到混合溶液。另將去離子水與無(wú)水乙醇(占總量的40％)混和均勻后，于不斷攪拌下逐滴滴入到上述混合液中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌30-120min，得到均勻、透明的淡黃色TiO2溶膠。反應(yīng)物配比鈦酸四丁酯∶無(wú)水乙醇∶去離子水∶二乙醇胺＝20∶100∶1∶6(體積比)。
ZnO∶Al溶膠的制備將一定量的(CH3COO)2Zn·2H2O溶于乙二醇甲醚和單乙醇胺(MEA)的混合溶液中，[Zn2+]∶[MEA]＝1∶1，配成鋅離子濃度為0.5-1.0mol/L的混合溶液。然后在50-70℃水浴中充分?jǐn)嚢?-5小時(shí)即得到性能穩(wěn)定、無(wú)色透明的溶膠A。按1-3wt％的比例將適量AlCl3·6H2O溶于乙二醇甲醚中制成透明的0.1-0.3mol/L的溶液B，并滴入到不斷攪拌中的溶膠A中，得到ZnO∶Al溶膠。
導(dǎo)電基底的預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃經(jīng)丙酮和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的NaOH溶液超聲清洗10-20min后，于除油劑(NaOH 76g/L、Na3PO426g/L、Na2O330g/L)中煮沸，然后在沸騰的去離子水中清洗干凈并自然涼干。
用錫箔做掩膜，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的ITO導(dǎo)電玻璃的四周邊緣遮擋住，覆蓋寬度為2mm。用陳化后的ZnO∶Al溶膠在導(dǎo)電基底上采用浸漬-提拉法制備ZnO∶Al薄膜，提拉速度2mm/s。每次拉膜后將基片放入溫度為80-120℃的烘箱中干燥10-20min，即完成一次涂膜過(guò)程。通過(guò)增加涂膜次數(shù)增加薄膜厚度。將制備好的薄膜于電阻爐中500-900℃焙燒30-120min，之后薄膜隨爐冷卻至室溫，得到厚度為0.2-1μm，電阻率為5×10-2Ω·cm的N型ZnO∶Al薄膜。
采用相同方法利用本征TiO2溶膠在N型ZnO∶Al薄膜上制備本征TiO2薄膜，厚度0.2-2μm。采用干法刻蝕技術(shù)對(duì)制得的本征TiO2薄膜層四周進(jìn)行部分刻蝕，形成寬1-5mm，高0.05-1μm的臺(tái)階。
用錫箔遮擋住未經(jīng)刻蝕的TiO2薄膜和導(dǎo)電基底區(qū)域，僅在臺(tái)階區(qū)域利用化學(xué)氣相沉積方法制備厚度為0.05-1μm的P型ZnO∶P薄膜。具體過(guò)程為分別以高純二乙基鋅(純度＞991999％)為鋅源，O2(純度＞991999％)作為氧源，N2作為載氣(純度＞991999％)，高純P2O5粉末作為磷的摻雜源。利用熱蒸發(fā)器使P2O5升華，蒸發(fā)器的加熱溫度在600～900℃之間。生長(zhǎng)室壓力為133Pa，生長(zhǎng)溫度為350-550℃，制得的P型ZnO∶P薄膜的空穴濃度1.5×1018cm-3，電阻率4.82Ω·cm。
取下導(dǎo)電基底四周的錫箔，另用錫箔遮擋住ZnO及TiO2薄膜表面，利用磁控濺射技術(shù)在導(dǎo)電基底邊緣濺射厚度0.1-5μm的Al作為N型歐姆電極。
用錫箔做掩膜，將濺射后的Al遮擋住，另將覆蓋于ZnO表面的錫箔取下，利用磁控濺射技術(shù)在暴露的ZnO薄膜表面濺射厚度0.1-5μm的Au作為P型歐姆電極，得到Al-N+/ZnO-TiO2-P/ZnO-Au結(jié)構(gòu)。
N型歐姆電極和P型歐姆電極分別用導(dǎo)線連接，最后進(jìn)行管芯分割、壓焊、封裝，制得pin結(jié)構(gòu)TiO2基紫外光探測(cè)器。
圖3是所制備的TiO2薄膜的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，可以看出，薄膜對(duì)波長(zhǎng)小于380nm的紫外光存在很強(qiáng)的吸收，而對(duì)波長(zhǎng)大于380nm的可見(jiàn)光則基本沒(méi)有吸收。
利用偏置電壓電路向紫外光探測(cè)器提供反向偏置電壓。當(dāng)紫外光照射到探測(cè)器薄膜上時(shí)，本征TiO2薄膜中產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生電子、空穴分別向P區(qū)和N區(qū)快速漂移，并經(jīng)P型和N型歐姆電極分別傳入外電路，產(chǎn)生光電流信號(hào)，從而達(dá)到紫外光探測(cè)的目的。
實(shí)施例2TiO2∶Zn溶膠的制備按1-4wt％的比例將適量Zn(NO3)2溶于20-40ml無(wú)水乙醇，再加入10-15ml鈦酸四丁酯和3-4.5ml二乙醇胺，攪拌30-120min得到混合溶液。另將0.5-1ml去離子水與10-30ml無(wú)水乙醇混和均勻，于不斷攪拌下逐滴滴入到上述混合液中，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌30-120min，得到均勻、透明的TiO2∶Zn溶膠。反應(yīng)物體積比鈦酸四丁酯∶無(wú)水乙醇∶去離子水∶二乙醇胺＝20∶100∶1∶6。
導(dǎo)電基底的預(yù)處理方法同實(shí)施例1。
用錫箔做掩膜，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的ITO導(dǎo)電玻璃的四周邊緣遮擋住，遮蓋寬度為2mm。采用電子束蒸發(fā)法制備N型ZnO∶Al薄膜，具體方法為選用純度為99.7％的ZnO粉末，按質(zhì)量比為1-3％摻入純度為99.99％的氧化鋁粉末，充分研磨使其混合均勻，然后在10MPa的壓力下經(jīng)20-40s壓制成靶材，并置于鍍膜機(jī)坩堝中，ITO導(dǎo)電玻璃放在基片架上。通入少量氧氣，控制氧分壓為1×10-2Pa，束流為40mA，在150-300℃的襯底溫度下蒸發(fā)制得N型ZnO∶Al透明薄膜，薄膜電阻率6×10-3Ω·cm。
采用實(shí)施例1中本征TiO2薄膜的制備方法，利用TiO2∶Zn溶膠在N型ZnO∶Al薄膜上制備TiO2∶Zn薄膜，厚度0.2-2μm。采用干法刻蝕技術(shù)對(duì)制得的TiO2∶Zn薄膜層四周進(jìn)行部分刻蝕，形成寬1-5mm，高0.05-1μm的臺(tái)階。
P型ZnO∶P薄膜接觸層和P、N型歐姆電極的制備及紫外光探測(cè)器器件的組裝同實(shí)施例1。
圖4是所制備的TiO2∶Zn薄膜的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，薄膜對(duì)波長(zhǎng)小于380nm的紫外光存在很強(qiáng)的吸收，而對(duì)波長(zhǎng)大于380nm的可見(jiàn)光則基本沒(méi)有吸收。
實(shí)施例3本征TiO2溶膠的制備及導(dǎo)電基底的預(yù)處理同實(shí)施例1。
用錫箔做掩膜，將預(yù)處理后的ITO導(dǎo)電玻璃的四周邊緣遮擋住，遮蓋寬度為2mm。通過(guò)熱蒸鍍法在ITO導(dǎo)電玻璃上沉積10nm厚的In薄膜。以高純二乙基鋅(純度＞991999％)作為鋅源，O2(純度＞991999％)作為氧源，N2作為載氣(純度＞991999％)，利用化學(xué)氣相沉積法在In薄膜上制備厚度為0.1-1μm的ZnO薄膜。生長(zhǎng)室壓力為133Pa，生長(zhǎng)溫度為350-550℃。沉積后制得的ZnO/In薄膜經(jīng)600-1000℃熱處理30-120min，得到N型ZnO∶In薄膜。
利用實(shí)施例1的制備方法，在N型ZnO∶In薄膜上制備厚度0.2-2μm的本征TiO2有源層。采用干法刻蝕技術(shù)對(duì)制得的本征TiO2薄膜層四周進(jìn)行部分刻蝕，形成寬1-5mm，高0.05-1μm的臺(tái)階。
器件的其它制備過(guò)程同實(shí)施例1。
實(shí)施例4ZnO∶Al溶膠、TiO2溶膠的制備、導(dǎo)電基底的預(yù)處理、N型ZnO∶Al接觸層、TiO2本征有源層的制備同實(shí)施例1。
P型接觸層的制備方法為利用超聲霧化熱分解技術(shù)，分別以Zn(CH3COO)2·2H2O、Al(NO3)3·9H2O和CH3COONH4溶液為Zn、Al和N源。按Zn∶Al＝20∶3的比例配置溶液，溶液中Zn(CH3COO)2·2H2O濃度為0.1mol/L。以高純N2為載氣，經(jīng)超聲霧化器霧化后，在TiO2薄膜上制備厚度0.05-1μm的ZnO∶N，Al薄膜，生長(zhǎng)溫度350-550℃，薄膜生長(zhǎng)時(shí)間10-60min。自然冷卻至室溫后取出薄膜。薄膜載流子濃度4.6×1018cm-3。
用錫箔遮擋住ZnO及TiO2薄膜表面，利用磁控濺射技術(shù)在ITO導(dǎo)電基底邊緣濺射厚度0.1-5μm的Al作為N型歐姆電極。
用錫箔做掩膜，將濺射后的Al遮擋住，另將覆蓋于ZnO表面的錫箔取下，利用磁控濺射技術(shù)在暴露的ZnO薄膜表面濺射厚度0.1-5μm的Au作為P型歐姆電極，得到Al-N+/ZnO-TiO2-P/ZnO-Au結(jié)構(gòu)。
將N型歐姆電極、P型歐姆電極分別用導(dǎo)線連接，最后進(jìn)行管芯分割、壓焊、封裝，制得pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器。
實(shí)施例5N型ZnO∶Al接觸層、TiO2本征有源層、P型ZnO∶P接觸層的制備同實(shí)施例1。
N型歐姆電極和P型歐姆電極均以Au為原材料通過(guò)磁控濺射法制得。
器件的組裝同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，包括導(dǎo)電基底(1)，位于導(dǎo)電基底(1)上的N型接觸層(2)，位于N型接觸層(2)上的作為紫外光吸收層的本征TiO2有源層(3)，位于本征TiO2有源層(3)上的P型接觸層(4)，至少一個(gè)位于P型接觸層(4)上的P型歐姆電極(5)和至少一個(gè)位于導(dǎo)電基底(1)上的N型歐姆電極(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，所述的導(dǎo)電基底(1)為ITO導(dǎo)電玻璃或FTO導(dǎo)電玻璃，厚度為0.1-2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，所述的N型接觸層(2)為N型TiO2、N型NiO、N型ZnO、N型SnO2或N型SiO2材料中的一種，厚度為0.5-10μm，電子濃度大于1×1018cm-3，并且N型接觸層(2)的面積小于導(dǎo)電基底(1)的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，所述的本征TiO2有源層(3)為TiO2納米管薄膜或納米多晶顆粒薄膜或單晶薄膜材料，中心厚度0.1-10μm，四周經(jīng)刻蝕后形成的臺(tái)階寬度為1-5mm，厚度為0.05-1μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，所述的P型接觸層(4)為P型NiO、P型ZnO、P型SnO2或P型TiO2材料材料中的一種，厚度為0.05-1μm，自由載流子濃度小于1×1016cm-3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，所述的P型歐姆電極(5)和N型歐姆電極(6)為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)或曲線結(jié)構(gòu)，由Au或Pd或Pt或Ni或Al制得，厚度為0.1-5μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器，其特征在于，所述的探測(cè)器表面具有探測(cè)區(qū)域，該探測(cè)區(qū)域具有至少一個(gè)子區(qū)域暴露于P型歐姆電極(5)之外。
8.制備權(quán)利要求1所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器的方法，其特征在于，制備步驟包括對(duì)導(dǎo)電基底(1)進(jìn)行預(yù)處理；在導(dǎo)電基底(1)上制備N型接觸層(2)，該N型接觸層(2)的面積小于導(dǎo)電基底(1)面積；在N型接觸層(2)上制備本征TiO2有源層(3)；采用干法刻蝕技術(shù)對(duì)本征TiO2有源層(3)四周進(jìn)行部分刻蝕；在本征TiO2有源層(3)的刻蝕部分制備P型接觸層(4)；在P型接觸層(4)上制作P型歐姆電極(5)在導(dǎo)電基底(1)上制作N型歐姆電極(6)；制得pin結(jié)構(gòu)TiO2基紫外探測(cè)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述的導(dǎo)電基底(1)的預(yù)處理方法為，導(dǎo)電基底(1)經(jīng)丙酮和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的NaOH溶液超聲清洗10-20min后，于除油劑(NaOH 76g/L、Na3PO426g/L、Na2CO330g/L)中煮沸，然后在沸騰的去離子水中清洗干凈并自然涼干，除油劑的組分及含量為NaOH76g/L，Na3PO426g/L，Na2CO330g/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器的制備方法，其特征在于，所述的N型接觸層(2)、本征TiO2有源層(3)和P型接觸層(4)的制備方法包括溶膠-凝膠法、液相沉積法、氣相沉積法、磁控濺射法。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種pin結(jié)構(gòu)的TiO2基紫外光探測(cè)器制備方法，其特征在于，所述的P型歐姆電極(5)和N型歐姆電極(6)的制備方法包括濺射工藝、氣相沉積工藝、離子鍍工藝、蒸鍍工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于紫外光探測(cè)的PIN結(jié)構(gòu)的TiO
文檔編號(hào)H01L31/18GK101055902SQ20071001120
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者曹望和, 付姚, 羅昔賢 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)