專利名稱：基于二氧化鈦/鈦酸鍶異質(zhì)結(jié)的紫外光探測(cè)器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，具體涉及一種以超薄硅片為襯底、以納米TiO2/ SrTiO3(二氧化鈦/鈦酸鍶)異質(zhì)結(jié)有源層為基體材料、以Au為金屬插指電極的高性能紫外光探測(cè)器及其制備方法。
背景技術(shù)：
寬禁帶半導(dǎo)體基紫外光探測(cè)器由于體積小、效率高、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、民用、航天、環(huán)保、防火等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是近年來(lái)光電探測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。用于紫外光探測(cè)器的半導(dǎo)體材料有很多，目前主要集中在SiC、ZnO和GaN等材料中。但是用以上材料制備紫外光電探測(cè)器，不僅制備工藝難度大，生產(chǎn)成本高，對(duì)加工條件和設(shè)備的要求也很苛刻。TiO2作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，其價(jià)格低廉，具有非常好的耐候性、物理和化學(xué)穩(wěn)定性、良好的光電特性，因此在紫外光探測(cè)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是 TiO2基紫外探測(cè)器的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，且暗電流大。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，SrTiO3的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且在可見(jiàn)盲區(qū)顯現(xiàn)出了優(yōu)異的光電特性，因此被作為制作可見(jiàn)盲型紫外探測(cè)器的基體材料，但是SrTiO3基紫外探測(cè)器的響應(yīng)度很低， 有較大的提升空間。Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層綜合了 TW2和SrTiO3兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，降低了器件的響應(yīng)時(shí)間及暗電流，提高了器件的響應(yīng)度，相對(duì)于獨(dú)立的TiO2基探測(cè)器與SrTiO3基探測(cè)器， 器件性能得到顯著提高。因此，Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)在紫外探測(cè)器制作方面顯示出獨(dú)特的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬_半導(dǎo)體_金屬結(jié)構(gòu)光伏型紫外光探測(cè)器及該探測(cè)器的制備方法。本發(fā)明采用超薄硅片作為襯底，以Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層作基體材料制備紫外光探測(cè)器，不但擺脫了寬禁帶半導(dǎo)體紫外光探測(cè)器缺乏合適襯底的困境，還可以有效利用兩種材料的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)本發(fā)明采用的工藝簡(jiǎn)單且與半導(dǎo)體平面工藝兼容、易于集成、適于大批量生產(chǎn)，因而具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的紫外光探測(cè)器從下到上依次包括超薄硅片襯底、采用溶膠凝膠法在硅片襯底上生長(zhǎng)的納米SrTiO3薄膜與納米TW2薄膜構(gòu)成的Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層、在TiO2/ SrTiO3異質(zhì)結(jié)有源層上用磁控濺射法制備的Au插指電極；待探測(cè)的紫外光從金屬插指電極的上方入射。其中超薄硅片襯底的厚度為0. 5 2mm，納米TW2薄膜的厚度為10 50nm， 納米SrTiO3薄膜的厚度為100 200nm，金屬插指電極的指間距、指寬度、厚度分別為5 30 μ m、5 30 μ m、50 150nmo
本發(fā)明所述的基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬_半導(dǎo)體_金屬結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器的制備步驟如下(一)納米TiA溶膠的制備采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2溶膠室溫條件下，將5 IOmL鈦酸四丁酯加入到50 IOOmL無(wú)水乙醇中，攪拌20 40分鐘后，滴加入5 IOmL冰醋酸作為催化劑，使鈦酸四丁酯和乙醇形成易水解酯，再經(jīng)過(guò)30 90分鐘的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液； 然后緩慢加入5 IOmL乙酰丙酮以抑制酯類水解，此時(shí)溶液顏色變深，繼續(xù)攪拌1 2小時(shí)；最后將5 IOmL去離子水以0. 5 lmL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌 1 2小時(shí)，得到均勻透明的橙黃色溶膠，將其放置陳化4 6小時(shí)，得到納米T^2溶膠。(二)納米SrTiO3溶膠的制備采用溶膠-凝膠法制備納米SrTiO3溶膠室溫條件下，將0. 2 0. 4g醋酸鍶溶解于3 6mL醋酸中，攪拌均勻后，滴加0. 3 0. 6mL鈦酸四丁酯，攪拌30 90分鐘，得到白色均勻溶液，最后將10 20mL乙醇作為溶劑加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌1 2個(gè)小時(shí)， 得到均勻透明的溶膠，將其放置陳化4 6小時(shí)，得到納米SrTiO3溶膠。(三)襯底的處理首先分別用丙酮、乙醇棉球擦硅片至干凈，再將硅片襯底依次置于丙酮、乙醇和去離子水中，分別超聲清洗5 10分鐘，最后用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?四)Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的制備采用旋涂的方法將陳化的納米SrTiO3溶膠旋涂在處理后的硅片襯底上形成薄膜， 旋涂速度為2500 3500轉(zhuǎn)/分鐘；100 120°C下烘干10 30分鐘，然后將薄膜放入馬弗爐中于陽(yáng)0 700°C燒結(jié)2 4小時(shí)，自然冷卻至室溫；重復(fù)旋涂與燒結(jié)過(guò)程3 5次， 從而在硅片上制備得到100 200nm厚的納米SrTiO3薄膜；采用同樣的旋涂方法將陳化的納米TiA溶膠旋涂在上述納米SrTiO3薄膜上，經(jīng)相同溫度燒結(jié)；再重復(fù)納米TiA溶膠的旋涂與燒結(jié)過(guò)程1 3次；從而在SrTiO3納米薄膜上得到厚度為10 50nm的納米TW2薄膜，由此得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層；(五)制備Au插指電極在制備好的Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層上采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝制備插指電極在有源層上旋涂一層厚度為1 2 μ m的光刻膠(正膠BP212，轉(zhuǎn)速為2500-3500轉(zhuǎn)/分鐘)， 70 90°C條件下前烘10 30分鐘；在光刻機(jī)上采用與金屬插指電極圖形互補(bǔ)的掩模板曝光光刻膠40 50秒，經(jīng)過(guò)10 15秒的顯影(顯影液由上述正型光刻膠顯影液與去離子水按體積比2 1配成)，最后在120 130°C下堅(jiān)膜5 20分鐘，從而在1102/31~1103異質(zhì)結(jié)有源層上得到所需要的光刻膠插指電極圖形；采用磁控濺射技術(shù)制備金屬電極，將光刻后表面有光刻膠插指電極圖形的硅片襯底置于真空室中，抽真空至2. 0 X 10_3 4. 0 X KT3Pa ；然后通Ar氣，濺射氣壓為0. 4 1. OPa,濺射功率為50 100W，濺射時(shí)間5 20分鐘，濺射靶材為Au靶；最后將硅片襯底置于丙酮中超聲5 30秒，未被曝光的光刻膠及覆蓋其上的金屬即被剝離，將器件用去離子水沖洗后吹干，從而制備得到基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)的金屬-半導(dǎo)體-金屬平面結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器，插指電極的指間距、指寬度、厚度分別為5 30μπι、5 30 μ m、厚度為50 150nmo
為了進(jìn)行器件性能的對(duì)比，我們采用同樣的方法以硅片為襯底制備了 TiO2基與 SrTiO3基紫外探測(cè)器。本發(fā)明制備的Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)金屬_半導(dǎo)體_金屬紫外光探測(cè)器具有制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，有望大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)波長(zhǎng)250nm-350nm的紫外線具有良好的檢測(cè)性能。


圖1 本發(fā)明的器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 本發(fā)明實(shí)施例1制備的器件在^Onm紫外光照射下的光、暗電流特性曲線；圖3 實(shí)施例1制備的器件在IOV偏壓下的光響應(yīng)特性曲線；圖4 實(shí)施例2制備的器件在IOV偏壓下的光響應(yīng)特性曲線；圖5 實(shí)施例3制備的器件在IOV偏壓下的光響應(yīng)特性曲線。如圖1所示，紫外光直接照射在Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層上，產(chǎn)生光電流；各部件名稱為硅片1、納米SrTiO3薄膜4、納米TiO2薄膜3、金屬插指電極2 ；如圖2所示，可知不同結(jié)構(gòu)的器件的暗電流在nA量級(jí)，在IOV偏壓下，光、暗電流相差3個(gè)數(shù)量級(jí)；如圖3所示，當(dāng)TiO2膜厚為20nm時(shí)，從450nm到330nm，光響應(yīng)曲線基本水平。當(dāng)光波長(zhǎng)到達(dá)330nm附近時(shí)，有一個(gè)明顯的吸收邊，說(shuō)明本發(fā)明在紫外波段有良好的響應(yīng)，可以用作探測(cè)紫外光，該器件的響應(yīng)度為46. 1安/瓦。如圖4所示，當(dāng)TiO2膜厚為35nm時(shí)，從450nm到330nm，光響應(yīng)曲線基本水平。當(dāng)光波長(zhǎng)到達(dá)330nm附近時(shí)，有一個(gè)明顯的吸收邊，說(shuō)明本發(fā)明在紫外波段有良好的響應(yīng)，可以用作探測(cè)紫外光，器件的響應(yīng)度為43. 7安/瓦。如圖5所示，當(dāng)TiO2膜厚為50nm時(shí)，從450nm到330nm，光響應(yīng)曲線基本水平。當(dāng)光波長(zhǎng)到達(dá)330nm附近時(shí)，有一個(gè)明顯的吸收邊，說(shuō)明本發(fā)明在紫外波段有良好的響應(yīng)，可以用作探測(cè)紫外光，器件的響應(yīng)度為39. 7安/瓦。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 采用溶膠凝膠技術(shù)制備TW2薄膜，室溫下分別將IOmL鈦酸四丁酯加到IOOmL無(wú)水乙醇中，再滴加入IOmL冰醋酸作為催化劑，經(jīng)過(guò)60分鐘的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液；緩慢加入IOmL乙酰丙酮以抑制水解，溶液顏色變深，繼續(xù)攪拌1小時(shí)；最后將IOmL去離子水以lmL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到均勻透明的淡黃色溶膠，將其放置陳化6小時(shí)。采用溶膠凝膠技術(shù)制備SrTiO3納米薄膜，常溫下將0. 25g醋酸鍶溶解于5mL醋酸中，攪拌均勻后，滴加0. 4mL鈦酸四丁酯，攪拌30分鐘，得到白色均勻溶液，最后將IOmL乙醇作為溶劑加入上述溶液中，繼續(xù)攪拌1個(gè)小時(shí)，得到均勻透明的溶膠，將其放置陳化6小時(shí)。采用旋涂法將陳化的SrTiO3溶膠旋涂在清洗后的硅片襯底上，旋涂速度為3000 轉(zhuǎn)/分鐘，然后在烘箱中120°C烘干10分鐘，旋涂次數(shù)為5次，之后將薄膜放入馬弗爐中燒結(jié)池，燒結(jié)溫度為700°C，自然降溫冷卻，得到膜厚為150nm的SrTiO3薄膜；然后將TW2溶膠以同樣的方法旋涂在SrTiO3薄膜上，旋涂次數(shù)為1次，經(jīng)過(guò)相同溫度煅燒后，TW2薄膜厚度為20nm，由此得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層薄膜。采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝在制備好的異質(zhì)結(jié)薄膜上制備插指電極在薄膜上旋涂一層光刻膠(正膠BP212，轉(zhuǎn)速為3200轉(zhuǎn)/分鐘)，80°C條件下前烘20分鐘；在光刻機(jī)上利用與金屬插指電極圖形互補(bǔ)的掩模板(指間距與指寬均為20 μ m，器件有效面積為0. 38mm2)對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，時(shí)間為45秒，再經(jīng)過(guò)10秒的顯影(顯影液由上述正型光刻膠顯影液與去離子水按體積比2 1配成)，最后在120°C下堅(jiān)膜5分鐘，得到所需要的電極圖形。采用磁控濺射技術(shù)制備金屬電極，將光刻后表面有插指電極圖形的硅片襯底置于真空室中，抽真空至4. 0 X IO-3Pa ；然后通Ar氣，濺射氣壓為0. 5Pa,濺射功率為80W，濺射時(shí)間5分鐘，濺射靶為Au靶，得到的金屬薄膜的厚度為150nm，最后將硅片襯底置于丙酮中超聲10秒，未被曝光的光刻膠及覆蓋其上的Au即被剝離，將器件用去離子水沖洗后吹干，得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)金屬-半導(dǎo)體-金屬平面結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖2所示，對(duì)本發(fā)明所制作器件的光電特性進(jìn)行了測(cè)試。器件的暗電流在nA量級(jí)，在IOV偏壓下，光、暗電流相差3個(gè)數(shù)量級(jí)。在圖3中，器件外加偏壓為IOV下，用30W 的氘燈作為光源，使用單色儀，連續(xù)改變照射在器件上的光波長(zhǎng)，以IOnm為一個(gè)量度，在 450nm到250nm范圍內(nèi)，測(cè)量器件的光響應(yīng)，得到光響應(yīng)曲線。由圖3可知，器件對(duì)450nm到 330nm的光基本無(wú)響應(yīng)，當(dāng)光波長(zhǎng)到達(dá)330nm附近時(shí)，有一個(gè)明顯的吸收邊，并且隨著波長(zhǎng)減少，響應(yīng)度逐漸增大，在260nm處達(dá)到最大值而后降低。說(shuō)明本發(fā)明在紫外波段有良好的響應(yīng)，可以用作探測(cè)紫外光。實(shí)施例2:采用溶膠凝膠技術(shù)制備TW2薄膜，室溫下分別將IOmL鈦酸四丁酯加到IOOmL無(wú)水乙醇中，再滴加入IOmL冰醋酸作為催化劑，經(jīng)過(guò)60分鐘的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液；緩慢加入IOmL乙酰丙酮以抑制水解，溶液顏色變深，繼續(xù)攪拌1小時(shí)；最后將IOmL去離子水以lmL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到均勻透明的淡黃色溶膠，將其放置陳化6小時(shí)。采用溶膠凝膠技術(shù)制備SrTiO3納米薄膜，常溫下將0. 25g醋酸鍶溶解于5mL醋酸中，攪拌均勻后，滴加0. 4mL鈦酸四丁酯，攪拌30分鐘，得到白色均勻溶液，最后將IOmL乙醇作為溶劑加入上述溶液中，繼續(xù)攪拌1個(gè)小時(shí)，得到均勻透明的溶膠，將其放置陳化6小時(shí)。采用旋涂法將陳化的SrTiO3溶膠旋涂在清洗后的硅片襯底上，旋涂速度為3000 轉(zhuǎn)/分鐘，然后在烘箱中120°C烘干10分鐘，旋涂次數(shù)為5次，之后將薄膜放入馬弗爐中燒結(jié)池，燒結(jié)溫度為700°C，自然降溫冷卻，得到膜厚為150nm的SrTiO3薄膜；然后將TW2溶膠以同樣的方法旋涂在SrTiO3薄膜上，旋涂次數(shù)為2次，經(jīng)過(guò)相同溫度煅燒后，TW2薄膜厚度為35nm，由此得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層薄膜。采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝在制備好的異質(zhì)結(jié)薄膜上制備插指電極在薄膜上旋涂一層光刻膠(正膠BP212，轉(zhuǎn)速為3200轉(zhuǎn)/分鐘)，80°C條件下前烘20分鐘；在光刻機(jī)上利用與金屬插指電極圖形互補(bǔ)的掩模板(指間距與指寬均為20 μ m，器件有效面積為0. 38mm2)對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，時(shí)間為45秒，再經(jīng)過(guò)10秒的顯影(顯影液由上述正型光刻膠顯影液與去離子水按體積比2 1配成)，最后在120°C下堅(jiān)膜5分鐘，得到所需要的電極圖形。采用磁控濺射技術(shù)制備金屬電極，將光刻后表面有插指電極圖形的硅片襯底置于真空室中，抽真空至4. 0 X IO-3Pa ；然后通Ar氣，濺射氣壓為0. 5Pa,濺射功率為80W，濺射時(shí)間5分鐘，濺射靶為Au靶，得到的金屬薄膜的厚度為150nm，最后將硅片襯底置于丙酮中超聲10秒，未被曝光的光刻膠及覆蓋其上的Au即被剝離，將器件用去離子水沖洗后吹干，得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)金屬-半導(dǎo)體-金屬平面結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖4所示，器件外加偏壓為IOV下，用30W的氘燈作為光源，使用單色儀，連續(xù)改變照射在器件上的光波長(zhǎng)，以IOnm為一個(gè)量度，在450nm到250nm范圍內(nèi)，測(cè)量器件的光響應(yīng)，得到光響應(yīng)曲線。對(duì)比圖3圖4可知，TiO2薄膜的厚度為35nm時(shí)，器件的響應(yīng)度有所下降。實(shí)施例3 采用溶膠凝膠技術(shù)制備TW2薄膜，室溫下分別將IOmL鈦酸四丁酯加到IOOmL無(wú)水乙醇中，再滴加入IOmL冰醋酸作為催化劑，經(jīng)過(guò)60分鐘的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液；緩慢加入IOmL乙酰丙酮以抑制水解，溶液顏色變深，繼續(xù)攪拌1小時(shí)；最后將IOmL去離子水以lmL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到均勻透明的淡黃色溶膠，將其放置陳化6小時(shí)。采用溶膠凝膠技術(shù)制備SrTiO3納米薄膜，常溫下將0. 25g醋酸鍶溶解于5mL醋酸中，攪拌均勻后，滴加0. 4mL鈦酸四丁酯，攪拌30分鐘，得到白色均勻溶液，最后將IOmL乙醇作為溶劑加入上述溶液中，繼續(xù)攪拌1個(gè)小時(shí)，得到均勻透明的溶膠，將其放置陳化6小時(shí)。采用旋涂法將陳化的SrTiO3溶膠旋涂在清洗后的硅片襯底上，旋涂速度為3000 轉(zhuǎn)/分鐘，然后在烘箱中120°C烘干10分鐘，旋涂次數(shù)為5次，之后將薄膜放入馬弗爐中燒結(jié)池，燒結(jié)溫度為700°C，自然降溫冷卻，得到膜厚為150nm的SrTiO3薄膜；然后將TW2溶膠以同樣的方法旋涂在SrTiO3薄膜上，旋涂次數(shù)為3次，經(jīng)過(guò)相同溫度煅燒后，TW2薄膜厚度為50nm，由此得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層薄膜。采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝在制備好的異質(zhì)結(jié)薄膜上制備插指電極在薄膜上旋涂一層光刻膠(正膠BP212，轉(zhuǎn)速為3200轉(zhuǎn)/分鐘)，80°C條件下前烘20分鐘；在光刻機(jī)上利用與金屬插指電極圖形互補(bǔ)的掩模板(指間距與指寬均為20 μ m，器件有效面積為0. 38mm2)對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，時(shí)間為45秒，再經(jīng)過(guò)10秒的顯影(顯影液由上述正型光刻膠顯影液與去離子水按體積比2 1配成)，最后在120°C下堅(jiān)膜5分鐘，得到所需要的電極圖形。采用磁控濺射技術(shù)制備金屬電極，將光刻后表面有插指電極圖形的硅片襯底置于真空室中，抽真空至4. 0 X IO-3Pa ；然后通Ar氣，濺射氣壓為0. 5Pa,濺射功率為80W，濺射時(shí)間5分鐘，濺射靶為Au靶，得到金屬薄膜的厚度為150nm，最后將硅片襯底置于丙酮中超聲 10秒，未被曝光的光刻膠及覆蓋其上的Au即被剝離，將器件用去離子水沖洗后吹干，得到 Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)金屬-半導(dǎo)體-金屬平面結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖5所示，器件外加偏壓為IOV下，用30W的氘燈作為光源，使用單色儀，連續(xù)改變照射在器件上的光波長(zhǎng)，以IOnm為一個(gè)量度，在450nm到250nm范圍內(nèi)，測(cè)量器件的光響應(yīng)，得到光響應(yīng)曲線。對(duì)比圖3至圖5可知，TiO2薄膜的厚度越厚時(shí)，器件的響應(yīng)度越低。
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權(quán)利要求
1.一種基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)光伏型紫外光探測(cè)器，其特征在于從下到上依次包括超薄硅片襯底(5)、采用溶膠凝膠法在硅片襯底(5) 上生長(zhǎng)的納米SrTiO3薄膜(4)與納米TiO2薄膜(3)構(gòu)成的Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層、在 1102/31~1103異質(zhì)結(jié)有源層上用磁控濺射法制備的Au插指電極O)，待探測(cè)的紫外光(1)從金屬插指電極O)的上方入射。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)光伏型紫外光探測(cè)器，其特征在于硅片襯底的厚度為0. 5 2mm，納米SrTiO3薄膜的厚度為100 200nm，納米TW2薄膜的厚度為10 50nm ；金屬插指電極的指間距、指寬度、厚度分別為 5 30 μ m、5 30 μ m、0. 05 0. 15 μ m。
3.權(quán)利要求2所述的基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬_半導(dǎo)體_金屬結(jié)構(gòu)光伏型紫外光探測(cè)器的制備方法，其步驟如下(1)采用溶膠-凝膠法制備納米TW2溶膠和納米SrTiO3溶膠；(2)襯底的處理分別用丙酮、乙醇棉球擦拭硅片至干凈，再將硅片依次置于丙酮、乙醇和去離子水中， 分別超聲清洗5 10分鐘，最后用氮?dú)獯蹈桑?3)Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的制備采用旋涂的方法將陳化后的納米SrTiO3溶膠旋涂在處理后的硅片上形成薄膜，旋涂速度為2500 3500轉(zhuǎn)/分鐘，之后將薄膜在100 120°C下烘干10 30分鐘，再放入馬弗爐中于550 700°C下燒結(jié)2 4小時(shí)后自然冷卻至室溫；重復(fù)上述旋涂與燒結(jié)過(guò)程3 5 次，從而在硅片襯底上制備得到100 200nm厚的納米SrTiO3薄膜；然后采用同樣的旋涂方法將陳化后的納米TiO2溶膠旋涂在SrTiO3薄膜上，經(jīng)過(guò)相同溫度燒結(jié)；再重復(fù)納米TW2溶膠的旋涂與燒結(jié)過(guò)程1 3次，從而在SrTiO3納米薄膜上得到厚度為10 50nm的納米TW2薄膜，由此得到Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層；(4)制備Au金屬插指電極在Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層上旋涂一層厚度為1 2 μ m的正型光刻膠，70 90°C條件下前烘10 30分鐘；然后在光刻機(jī)上，將與插指電極結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的掩膜板與旋涂的光刻膠層緊密接觸，曝光光刻膠40 50秒，經(jīng)過(guò)10 15秒的顯影，最后在120 130°C下堅(jiān)膜 5 20分鐘，從而在Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層上得到所需要的光刻膠插指電極圖形；然后再將表面有光刻膠插指電極圖形的硅片襯底置于真空室中，抽真空至 2. OX Kr3 4. OX KT3Pa;然后通Ar氣，濺射氣壓為0.4 l.OPa，濺射功率為50 100W， 濺射時(shí)間5 20分鐘，濺射靶為Au靶；最后將硅片襯底置于丙酮中超聲5 30秒，未被曝光的光刻膠及覆蓋其上的金屬即被剝離，再將器件用去離子水沖洗后吹干，從而制備得到基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)的金屬-半導(dǎo)體-金屬平面結(jié)構(gòu)紫外光探測(cè)器，其中金屬插指電極的指間距、指寬度、厚度分別為5 30 μ m、5 30 μ m、0. 05 0. 15 μ m。
4.如權(quán)利要求3所述的基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬_半導(dǎo)體_金屬結(jié)構(gòu)光伏型紫外光探測(cè)器的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的采用溶膠-凝膠法制備納米 TiO2溶膠是在室溫條件下，將5 IOmL的鈦酸四丁酯加入到50 IOOmL無(wú)水乙醇中，攪拌 20 40分鐘后，滴加入5 IOmL冰醋酸作為催化劑，再經(jīng)過(guò)30 90分鐘的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液；然后緩慢加入5 IOmL乙酰丙酮以抑制酯類水解，此時(shí)溶液顏色變深，繼續(xù)攪拌1 2小時(shí)；最后將5 IOmL去離子水以0. 5 lmL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌1 2小時(shí)，得到均勻透明的橙黃色溶膠，再將其放置陳化4 6小時(shí)，得到納米TW2溶膠。
5.如權(quán)利要求3所述的基于Ti02/SrTi03異質(zhì)結(jié)有源層的金屬_半導(dǎo)體_金屬結(jié)構(gòu)光伏型紫外光探測(cè)器的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的采用溶膠-凝膠法制備納米 SrTiO3溶膠是在室溫條件下，將0. 2 0. 4g醋酸鍶溶解于3 6mL醋酸中，攪拌均勻后，滴加0. 3 0. 6mL鈦酸四丁酯，攪拌30 90分鐘，得到白色均勻溶液，最后將10 20mL乙醇作為溶劑加入上述溶液中，繼續(xù)攪拌1 2個(gè)小時(shí)，得到均勻透明的溶膠，將其放置陳化 4 6小時(shí)，得到納米SrTiO3溶膠。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種以超薄硅片為襯底，以納米TiO2/SrTiO3異質(zhì)結(jié)有源層為基體材料，以Au為金屬插指電極的高性能半導(dǎo)體紫外光電探測(cè)器及其制備方法。首先采用溶膠凝膠技術(shù)制備TiO2及SrTiO3溶膠，并在超薄硅襯底上依次生長(zhǎng)成致密的納米SrTiO3薄膜及TiO2薄膜；然后通過(guò)磁控濺射和標(biāo)準(zhǔn)的光刻、剝離技術(shù)在薄膜表面制成一定形狀的Au插指電極。本發(fā)明制備的TiO2/SrTiO3異質(zhì)結(jié)金屬-半導(dǎo)體-金屬紫外光探測(cè)器具有制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，有望大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)波長(zhǎng)250nm-350nm的紫外線具有良好的檢測(cè)性能。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102509743SQ20121000100
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者劉彩霞, 周敬然, 張敏, 張歆東, 張海峰, 徐鵬, 沈亮, 董瑋, 郭文濱, 阮圣平, 陳維友 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)