CN100568547C - ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法 - Google Patents

ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100568547C
CN100568547C CNB2008100406325A CN200810040632A CN100568547C CN 100568547 C CN100568547 C CN 100568547C CN B2008100406325 A CNB2008100406325 A CN B2008100406325A CN 200810040632 A CN200810040632 A CN 200810040632A CN 100568547 C CN100568547 C CN 100568547C
Authority
CN
China
Prior art keywords
zno
ultraviolet light
coplane
film
light detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2008100406325A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101325227A (zh
Inventor
王林军
赖建明
黄健
唐可
管玉兰
夏义本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CNB2008100406325A priority Critical patent/CN100568547C/zh
Publication of CN101325227A publication Critical patent/CN101325227A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100568547C publication Critical patent/CN100568547C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种ZnO/纳米金刚石薄膜紫外光探测器制备方法，属纳米无机化合物能源材料制造工艺技术领域。该方法是将ZnO薄膜以磁控溅射法沉积在纳米金刚石薄膜上，以高纯ZnO陶瓷靶为溅射靶材，通入氩气，调节流量为40标准毫升/分；调节反应气压为0.3Pa；溅射功率300W；溅射时间1.5小时；采用了剥落光刻技术在高度定向的ZnO薄膜表面实现微米级的叉指电极，制备共面栅ZnO/纳米金刚石薄膜共面栅紫外光探测器。

Description

ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种基于ZnO/纳米金刚石薄膜的共面栅紫外光探测器的制造方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。
背景技术
人们对紫外光的研究始于19世纪80年代，20世纪50年代人们开始对紫外探测技术进行研究，近年来，人们对紫外探测技术和器件的需求日益增长，世界各国把固态紫外探测器技术列为当今研究开发的重点课题。在宽禁带紫外探测器的研究上，过去十年主要集中在SiC、GaN、ZnO、金刚石薄膜等材料上。ZnO作为一种新型的宽带半导体材料，其晶体结构，晶格常数与禁代宽度与GaN非常相近，与GaN相比，ZnO薄膜具有生长温度低，激子复合能量高(60meV)和较低的电子诱生缺陷，阈值电压低等优点，极有可能实现UV探测器。因此，ZnO成为继GaN之后，蓝紫光宽禁带半导体光电材料研究的热点。文献关于ZnO薄膜的报道一般都基于蓝宝石衬底，但是蓝宝石价格昂贵、不导电、硬度高不宜与加工。本实验组长期从事CVD金刚石薄膜的生长加工，目前CVD法生长金刚石薄膜在经济性以及实用性上已能满足器件制备的各方面要求。我们实验室对纳米金刚石基ZnO薄膜研究表明，ZnO薄膜在纳米金刚石薄膜衬底上有非常好的结晶性能。目前国际上报道的光导型和肖特基型ZnO紫外探测器都是以蓝宝石或硅为衬底，本发明中我们利用纳米金刚石薄膜为衬底，用磁控溅射法在纳米金刚石薄膜衬底上得到了高度c轴取向的ZnO/纳米金刚石薄膜。
ZnO禁带宽度(3.37eV)是Si的3倍，在可见和红外范围没有响应(长波截止波长为365nm)，这对在红外和可见背景下探测器紫外光具有特殊意义，而且其热稳定性、化学稳定性好。其中它的辐射硬度很高。因此它是制作应用于恶劣环境的紫外光探测器的理想材料。基于上述原因，ZnO紫外光探测器是实现高性能紫外探测的焦点和热点。
紫外光探测器的性能参数主要包括响应度(R)、光谱响应曲线及响应时间(t)噪声等效功率(NEP)。对于ZnO紫外光探测器来说其性能很大程度上取决于ZnO薄膜质量和器件结构。在ZnO薄膜材料选择上，我们课题组通过MPCVD法生长优质纳米金刚石薄膜，以此为衬底用磁控溅射法沉积ZnO薄膜，获得了均匀性好、厚度合适、光敏面积为1×1cm2的高度定向生长的ZnO薄膜，解决了紫外光探测器在材料方面的要求。同样，器件结构对紫外光探测器的性能也有重要的影响。
发明内容
本发明是在纳米金刚石薄膜上用磁控溅射法沉积ZnO薄膜，并设计制作共面栅电极结构紫外光探测器，达到缩短探测器响应时间(t)，提高探测器灵敏度的目的；并提供一种ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法。
为达到上述目的，本发明的ZnO/纳米金刚石薄膜共面栅紫外光探测器采用如下技术方案及步骤：
(1)硅衬底预处理：采用(100)镜面抛光硅片作为沉积衬底。采用HF酸超声清洗5～15分钟，以去除表面的氧化硅层。为了增加纳米金刚石薄膜的成核密度，使用100nm粒径的金刚石粉末对硅衬底机械研磨10～15分钟。将研磨后的硅片在混有粒径为100nm的金刚石粉的丙酮溶液中超声清洗10～20分钟。最后再将硅片用去离子水和丙酮分别超声清洗，直至硅片表面洁净，烘干后放入微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置的反应室内。
(2)金刚石薄膜成核过程：先用真空泵对反应室抽真空至3～5Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入反应气体(甲烷与氢气的混合气体)，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和120～160标准毫升/分；反应室的气压设定为2～3kPa；衬底偏压设定为50～150V；衬底温度控制在580～630℃；微波功率设定为1200～1600W；薄膜成核时间0.5～1小时。
(3)纳米金刚石薄膜生长过程：成核完成后，调节甲烷和氢气的流量分别为20～40标准毫升/分和150～200标准毫升/分；反应室的气压设定为4KPa～5kPa；衬底温度控制在630～680℃；微波功率设定为1600W～2000W；薄膜生长时间4～6小时。
(4)ZnO薄膜生长过程：将纳米金刚石薄膜放入磁控溅射仪的样品台上，溅射靶材为高纯ZnO陶瓷靶。先用真空泵对溅射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下。通入氩气，调节流量为30～60标准毫升/分；调节反应气压为0.2～0.5Pa；溅射功率100W～500W；溅射时间0.5～2小时。
(5)共面栅电极制备过程：采用剥离光刻技术在高度定向的ZnO薄膜表面制作微米级的表面叉指阳极。在Si衬底的背面用磁控溅射制作Al阴极，最后将器件在氩气中500℃退火1小时，得到ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器。
本发明的方法是利用微波等离子体在硅片上生长纳米金刚石薄膜，在纳米金刚石薄膜上用磁控溅射法生长ZnO薄膜，利用共面栅结构制备ZnO/纳米金刚石薄膜紫外光探测器，特征是以纳米金刚石薄膜作基来生长ZnO薄膜，并制备共面栅电极结构。
本发明同其他ZnO紫外光探测器相比，具有以下特点：
(1)探测器材料选用ZnO/纳米金刚石薄膜，结构如图1所示。比起蓝宝石基或Si基上生长ZnO薄膜具有许多特色，而且所得的ZnO薄膜取向性非常好。图2为薄膜的XRD图。
(2)本发明采用共面栅电极结构，结构示意图如图3、图4所示。比起其他结构，共面栅探测器具有更高的电子收集效率，同时降低电子收集时间，从而提高探测器性能。
附图说明
图1为纳米金刚石/ZnO薄膜结构示意图
图2为所得薄膜的XRD图
图3为共面栅紫外光探测器表面叉指电极示意图
图4位共面栅紫外光探测器结构示意图
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细描述。
实施例1
本实施例的工艺过程和步骤如下：
(1)硅衬底预处理：采用(100)镜面抛光硅片作为沉积衬底。采用HF酸超声清洗10分钟，以去除表面的氧化硅层。为了增加纳米金刚石薄膜的成核密度，使用100nm粒径的金刚石粉末对硅衬底机械研磨10分钟。将研磨后的硅片在混有粒径为100nm的金刚石粉的丙酮溶液中超声清洗10分钟。最后再将硅片用去离子水和丙酮分别超声清洗，直至硅片表面洁净，烘干后放入微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置的反应室内。
(2)金刚石薄膜成核过程：先用真空泵对反应室抽真空至5Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至5×10-3Pa以下，通入反应气体(甲烷与氢气的混合气体)，调节甲烷和氢气的流量分别为50标准毫升/分和160标准毫升/分；反应室的气压设定为2kPa；衬底偏压设定为100V；衬底温度控制在600℃；微波功率设定为1500W；薄膜成核时间0.5小时。
(3)纳米金刚石薄膜生长过程：成核完成后，调节甲烷和氢气的流量分别为30标准毫升/分和200标准毫升/分；反应室的气压设定为5kPa；衬底温度控制在660℃；微波功率设定为1800W；薄膜生长时间4小时。
(4)ZnO薄膜生长过程：将纳米金刚石薄膜放入磁控溅射仪的样品台上，溅射靶材为高纯ZnO陶瓷靶。先用真空泵对溅射室抽真空至4Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至2×10-3Pa。通入氩气，调节流量为40标准毫升/分；调节反应气压为0.3Pa；溅射功率300W；溅射时间1.5小时。
(5)共面栅紫外光探测器：采用Ansys模拟软件来模拟探测器内的电场分布并进行电极尺寸的设计，模拟计算出栅宽和沟宽为20μm，边缘栅宽为30μm时，得到的电场最均匀。采用了剥落光刻技术在高度定向的ZnO薄膜表面实现微米级的叉指电极。在Si衬底的背面用磁控溅射制作Al电极，能使Al与Si之间形成紧密接触，比起真空蒸发镀膜，能使Al与ZnO薄膜之间形成更好的欧姆接触。最后将器件在氩气中500℃退火1小时，得到ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器，具有I-V曲线几乎为直线的欧姆特性。
通过对以上所制得的探测器进行紫外光源辐照测试，利用Keithely 4200SCS半导体性能表征等测试系统对电流信号等进行测量测试。此ZnO/纳米金刚石紫外光探测器所能达到的性能指标如下：暗电流＜1nA/cm2，响应时间～10-10s，综合性能优于其它结构的ZnO薄膜紫外光探测器。

Claims (1)

1.一种ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤：
1)硅衬底预处理：对(100)镜面抛光硅片用HF酸超声清洗5～15分钟，以去除表面的氧化硅层，用100nm粒径的金刚石粉末对硅片机械研磨10～15分钟，将研磨后的硅片在混有粒径为100nm的金刚石粉的丙酮溶液中超声清洗10～20分钟，再用去离子水和丙酮分别超声清洗，直至硅片表面洁净，烘干后放入微波等离子体化学气相沉积装置的反应室内作为沉积衬底；
2)金刚石薄膜成核过程：先用真空泵对反应室抽真空至3～5Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入甲烷与氢气的混合反应气体，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和120～160标准毫升/分，反应室的气压设定为2～3kPa，衬底偏压设定为50～150V，衬底温度控制在580～630℃，微波功率设定为1200～1600W，薄膜成核时间0.5～1小时；
3)纳米金刚石薄膜生长过程：成核完成后，调节甲烷和氢气的流量分别为20～40标准毫升/分和150～200标准毫升/分，反应室的气压设定为4～5kPa，衬底温度控制在650～700℃，微波功率设定为1600～2000W，薄膜生长时间4～6小时；
4)ZnO薄膜生长过程：将纳米金刚石薄膜放入磁控溅射仪的样品台上，溅射靶材为高纯ZnO陶瓷靶，先用真空泵对溅射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入氩气，调节流量为30～60标准毫升/分，调节反应气压为0.2～0.5Pa，溅射功率100～500W，溅射时间0.5～2小时；
5)共面栅紫外光探测器制备过程：采用剥离光刻技术在高度定向的ZnO薄膜表面实现微米级的叉指电极，在Si衬底的背面用磁控溅射法溅射Al背电极，最后将器件在500℃氩气气氛中退火1小时，得到ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器。
CNB2008100406325A 2008-07-16 2008-07-16 ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法 Expired - Fee Related CN100568547C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2008100406325A CN100568547C (zh) 2008-07-16 2008-07-16 ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2008100406325A CN100568547C (zh) 2008-07-16 2008-07-16 ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101325227A CN101325227A (zh) 2008-12-17
CN100568547C true CN100568547C (zh) 2009-12-09

Family

ID=40188652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2008100406325A Expired - Fee Related CN100568547C (zh) 2008-07-16 2008-07-16 ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100568547C (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101685776B (zh) * 2008-09-27 2011-10-05 中国科学院半导体研究所 一种改善ZnO薄膜欧姆接触的方法
CN102142482B (zh) * 2011-01-10 2012-07-25 北京科技大学 肖特基接触型ZnO纳米阵列紫外光探测器件的制备方法
CN102386281B (zh) * 2011-11-15 2013-05-08 上海大学 ZnO/纳米晶金刚石薄膜异质结光电探测器的制备方法
CN105420676A (zh) * 2015-11-23 2016-03-23 安徽松泰包装材料有限公司 一种薄膜制作工艺
CN105724274A (zh) * 2016-01-29 2016-07-06 蔡权 一种能够检测工作环境状况的孵化机
CN105870242A (zh) * 2016-05-18 2016-08-17 聊城大学 一种n型ZnO纳米棒/p型金刚石紫外光伏探测器及其制备方法
CN106257692A (zh) * 2016-07-29 2016-12-28 东南大学 一种偏振敏感型光电探测器
CN109192794B (zh) * 2018-09-12 2020-04-07 哈尔滨工业大学 背板增强型叉指电极金刚石紫外探测器的制备方法
CN111381077B (zh) * 2020-03-02 2023-03-21 五邑大学 一种薄膜体电极的制作方法及薄膜

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CVD金刚石紫外探测器. 楼燕燕等.功能材料，第35卷. 2004
CVD金刚石紫外探测器. 楼燕燕等.功能材料，第35卷. 2004 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101325227A (zh) 2008-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100568547C (zh) ZnO/纳米金刚石共面栅紫外光探测器的制备方法
CN108963027B (zh) 一种非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法和应用
CN105826362B (zh) 一种氧化镓纳米线阵列及其制备方法
CN103700576B (zh) 一种自组装形成尺寸可控的硅纳米晶薄膜的制备方法
CN110676339B (zh) 一种氧化镓纳米晶薄膜日盲紫外探测器及其制备方法
CN102779891B (zh) 铜铟镓硒薄膜型太阳能电池装置及其制备方法
JPS6091626A (ja) アモルフアスシリコンｐｉｎ半導体装置の製造方法
CN112563353B (zh) 一种异质结紫外探测器及其制备方法
CN102522437B (zh) 铜铟镓硒太阳能电池装置及其制备方法
CN106711241A (zh) 一种石墨烯透明电极金刚石基紫外探测器及其制备方法
CN105714262A (zh) 一种择优生长ito透明导电薄膜的制备方法
CN103296139B (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层的制备方法
Jiang et al. MgxZn1− xO solar-blind photodetectors fabricated by RF magnetron sputtering with combinatorial targets
Sakalley et al. Cu3N thin film synthesized by selective in situ substrate heating during high power impulse magnetron sputtering for augmenting UV photodetection
CN116240496A (zh) 一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法
CN102828152A (zh) 一种低电阻率Mo薄膜的制备方法
CN103066134B (zh) 一种薄膜太阳能电池背反电极及其制备方法
Du et al. Preferential orientation growth of ITO thin film on quartz substrate with ZnO buffer layer by magnetron sputtering technique
CN113506838A (zh) 一种基于SnO2缓冲层Sb2Se3太阳能电池的制备方法
CN106591789B (zh) 一种直接制备绒面azo薄膜的方法
CN101673786B (zh) 磁场下CdTe太阳电池的制备方法
CN117894882B (zh) 一种用于硒化锑太阳电池异质结的光退火装置及方法
Cao et al. In-situ growth of a CdS window layer by vacuum thermal evaporation for CIGS thin film solar cell applications
RU2599769C2 (ru) Способ получения фотоактивной многослойной гетероструктуры на основе микрокристаллического кремния
CN114864711B (zh) 基于极性二维材料量子阱的pn型β-Ga2O3日盲深紫外光电探测器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091209

Termination date: 20120716