專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電探測領(lǐng)域，涉及一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測 器的制備方法。
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)警等方面己成為紫外探測的研究重點。
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，也使其成為了研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的制備方法。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案
一種垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟
1) 將石英或藍(lán)寶石襯底按照常規(guī)工藝清洗并烘干，以去除表面吸附的雜質(zhì)和水蒸汽，再將其放入真空系統(tǒng)中，使之平行于ITO或ZnO陶瓷靶材放 置，距離約為7cm左右；
2) 預(yù)抽真空到10—4Pa，緩慢通入氧氣和氬氣，同時調(diào)節(jié)的氧氣和氬氣流 量比到約l: 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 W 200W，依次開始生長ITO薄 膜和ZnO薄膜，其中，ITO薄膜的厚度為150nm-200nm， ZnO薄膜的厚度 為600 nm;
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保持一個小時，進(jìn)行后退火處理；
5) 對后退火處理的樣品用濃度約為20Q/。的NH4C1溶液進(jìn)行腐蝕，直至 露出ITO薄膜，形成ZnO臺面；
6) 最后在ZnO臺面上沉積厚度為200nm左右的金屬Al作為歐姆接觸 電極，從而制備了垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器。
本發(fā)明的方法可以制備出一種垂直結(jié)構(gòu)的的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器， 整個制備過程簡單，成本低廉，易于控制，有利于光電集成，且容易產(chǎn)業(yè)化， 有很高的實用價值。


圖1是垂直結(jié)構(gòu)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探測器的時間響應(yīng)的上升和下降曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明是在石英玻璃或藍(lán)寶石襯底1上依次沉積透明導(dǎo)電的ITO薄膜2 和ZnO薄膜3，并在氧氣中40(TC下熱處理一個小時，然后用濃度約為20% 的NH4C1溶液對樣品進(jìn)行腐蝕，露出ITO薄膜2，形成ZnO臺面，最后在 ZnO臺面上表面再沉積金屬Al電極4，可獲得垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo) 探測器。在本發(fā)明中，采用射頻反應(yīng)濺射(RF Sputtering)方法在襯底上沉 積的ITO薄膜和ZnO薄膜，厚度分別約為150 nm和600 nm左右。沉積時 真空室內(nèi)通入適量的氧氣，氧氣的通入可以降低生長過程中產(chǎn)生的O空位， 使ZnO薄膜更接近完整的化學(xué)計量比；然后，將ZnO薄膜水平放置在石英 爐內(nèi)，通入高純02，并緩慢升溫至40(TC保持一個小時；然后，用濃度約為 20y。的NH4Cl溶液對樣品進(jìn)行腐蝕，直到露出ITO薄膜，形成ZnO臺面； 最后，在ZnO臺面表面沉積金屬鋁作為歐姆電極，得到垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫 外光電導(dǎo)探測器(見圖1)。
具體的實施步驟如下
1. 將石英或藍(lán)寶石襯底1按照常規(guī)工藝清洗并烘干，以去除表面吸附 的雜質(zhì)和水蒸汽，再將其放入真空系統(tǒng)中，使之平行于ITO或ZnO靶陶瓷 材放置，距離約為7cm左右，ZnO陶瓷靶材的純度為99.999%;
2. 預(yù)抽真空到l()4pa，緩慢通入氧氣和氬氣，同時調(diào)節(jié)的氧氣和氬氣 流量比到約l: 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2和ZnO薄膜3，厚度分別約為150 nm和600 nm左右；
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400℃保持一個小時，進(jìn)行后退火處理；
5. 然后，用濃度約為20%的NH4Cl溶液對樣品進(jìn)行腐蝕，露出ITO薄 膜2，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4，從而制備了垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器(見圖l)。
申請人對制備的垂直結(jié)構(gòu)的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間和下降時間， 分別約為68.2ns (10%—90%)和320us (1 — 1/3)(見圖2、圖3)。
權(quán)利要求
1.一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟1)將襯底按照常規(guī)工藝清洗并烘干，以去除表面吸附的雜質(zhì)和水蒸汽，再將其放入真空系統(tǒng)中，使之平行于ITO或ZnO陶瓷靶材放置，距離約為7cm左右；2)預(yù)抽真空到10-4Pa，緩慢通入氧氣和氬氣，同時調(diào)節(jié)的氧氣和氬氣流量比到約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1Pa～1.5Pa；3)打開射頻源，調(diào)節(jié)射頻功率為100W～200W，依次開始生長ITO薄膜和ZnO薄膜，其中，ITO薄膜的厚度為150nm-200nm，ZnO薄膜的厚度為600nm；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O2，并緩慢升溫至400℃保持一個小時，進(jìn)行后退火處理；5)對后退火處理的樣品用濃度約為20％的NH4Cl溶液進(jìn)行腐蝕，直至露出ITO薄膜，形成ZnO臺面；6)最后在ZnO臺面上表面沉積厚度為200nm的金屬Al作為歐姆接觸電極，從而得到垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的ZnO陶瓷耙材的純 度為99.999%。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的襯底(1)的材料為 石英或藍(lán)寶石。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述ITO薄膜層(2)為 摻Al的ZnO透明導(dǎo)電薄膜或摻Ga的MgZnO透明導(dǎo)電薄膜。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的ZnO薄膜(3)選用半導(dǎo)體帶系較窄的MgZnO薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備高性能垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器的方法。該方法利用在藍(lán)寶石或石英襯底上依次沉積ITO薄膜和ZnO薄膜；再對薄膜在氧氣氛中對ZnO薄膜進(jìn)行400℃熱處理，改善了ZnO薄膜的光電響應(yīng)特性；然后將ZnO薄膜層腐蝕后露出ITO薄膜形成ZnO臺面；最后在ZnO臺面上沉積金屬Al作為歐姆接觸電極，以此獲得了垂直結(jié)構(gòu)的ZnO紫外光電導(dǎo)探測器。整個制備過程簡單，成本低廉，易于控制，有利于光電集成，且容易產(chǎn)業(yè)化，有很高的實用價值。
文檔編號H01L31/18GK101202315SQ20071001912
公開日2008年6月18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)