CN103268897A - 具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器及制备方法 - Google Patents

Abstract

具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器及制备方法，属于半导体光电器件技术领域。探测器依次由衬底、经(NH₄)₂S溶液钝化处理的光敏感宽禁带氧化物半导体薄膜层、金属叉指电极组成。其特征在于：首先采用溶胶凝胶法制备TiO₂等薄膜层，然后将制备好的薄膜进行硫化铵溶液钝化处理，最后采用光刻、磁控溅射、刻蚀等工艺制备金属叉指电极，从而得到紫外探测器。经过硫化铵溶液钝化处理的TiO₂等薄膜表面态密度减小，溅射金属叉指电极后TiO₂与金属接触的肖特基势垒降低，改善了光电流和响应时间；另一方面表面电荷的减少抑制了表面漏电流，改善了暗电流，最终提高了器件的整体性能。

Description

具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器及制备方法

技术领域

本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种具有硫化铵溶液钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外光探测器及其制备方法。

背景技术

紫外探测是一种继激光、红外光及可见光探测以外的又一门极具实用和应用价值的新兴探测技术，在天文学、环境监测、紫外通信、燃烧工程以及军事国防等领域上展现出潜在的前景和应用价值。

随着紫外探测技术的发展，紫外探测器的基体材料经历从第一代半导体Si(硅)、第二代半导体GaAs(砷化镓)、InP(磷化铟)等过渡到宽禁带化合物半导体diamond(金刚石)、GaN(氮化镓)、TiO₂(二氧化钛)、ZnO(氧化锌)等材料。尤其一些宽禁带氧化物半导体具有禁带宽度大、电子漂移速度高、介电常数小等卓越的物理化学优势和潜在的技术优势，显示出在紫外探测领域巨大的发展前景。TiO₂由于具有优异的光电性能、稳定的物理化学特性以及低廉的价格等而备受关注。但在材料生长、制备工艺、器件结构等方面仍存在缺陷，紫外探测器发展比较缓慢。材料表面存在的表面态，很大程度上影响光伏型器件的光增益与光响应，因此为了研究更高性能、高可靠性和高稳定性的TiO₂紫外探测器，寻求如何减小材料表面态已经成为近年来研究的热点问题之一。

(NH₄)₂S(硫化铵)溶液在界面修饰以及钝化处理材料表面方面有广泛的应用，其上的硫原子、氮原子以及氨基上的氢原子在钝化悬挂键减小表面态方面的前景广阔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有硫化铵溶液钝化处理的宽禁带氧化物半导体材料薄膜层的紫外光探测器及其制备方法。

本发明所述的紫外光探测器，其特征在于：由衬底（石英衬底、蓝宝石衬底、硅衬底等）、经(NH₄)₂S溶液钝化处理的光敏感宽禁带氧化物半导体（TiO₂、ZnO、SrTiO₃等）薄膜层、金属叉指电极（金属为Au、Pt等）组成，衬底的厚度为3～5mm，长度和宽度均为12～18mm，薄膜层的厚度为100～200nm，金属叉指电极的厚度为30～150nm，电极宽度为5～60μm，电极间距为5～30μm。

经(NH₄)₂S溶液钝化处理的光敏感宽禁带氧化物半导体（TiO₂、ZnO、SrTiO₃等）薄膜层是将溶胶凝胶法制备好的TiO₂等薄膜采用硫化铵溶液钝化处理。由于静电吸引作用，一方面TiO₂等薄膜表面露出的氧的悬挂键，与氨基结合形成类似双极子的束缚键(O-N)，另一方面强极性键(N-H)上的氢核与电负性很大的含孤电子对的氧原子之间形成氢键(O…H-N)，最终都减小了TiO₂等薄膜的部分表面电荷，溅射金属叉指电极后减小了TiO₂等与金属接触的界面态，一方面使肖特基势垒高度减小，有效地改善了光电流和响应时间；另一方面表面电荷的减少抑制了表面漏电流，改善了暗电流，最终提高了器件的整体性能。

本发明所述的一种基于一种宽禁带氧化物半导体紫外探测器的表面钝化处理及其制备方法，其步骤如下：

[1]衬底的清洗

将衬底依次放入加有0.5～1.5g金刚砂研磨剂的100mL氯仿、100mL甲醇和100mL去离子水清洗液中，分别超声10～20分钟，超声功率为80～100W，然后在氮气流下吹干；

[2]TiO₂溶胶的制备

室温下，将5～15mL醋酸、5～10mL乙酰丙酮、5～10mL去离子水依次滴入不断搅拌且混合均匀的5～10mL钛酸四丁酯和80～100mL乙醇的混合液中，持续搅拌直到得到均匀透明的橙红色溶胶，陈化24～48小时后得到TiO₂溶胶；

[3]TiO₂薄膜的制备

将制备好的TiO₂溶胶以2500～3000rpm的转速旋涂在清洗后的衬底上，共旋涂3～5层；每层的匀胶时间为15～20s，每层TiO₂溶胶在120～150℃条件下烘5～7分钟，空气中冷却3～5分钟；然后将旋涂好TiO₂溶胶的衬底片放在马弗炉中，550～650℃条件下烧结2～3小时，即形成锐钛矿型TiO₂薄膜；

[4]TiO₂薄膜的酸洗

用玻璃棒将质量分数为96～98%的浓硫酸缓慢引流加入到质量分数为30～40%的双氧水中，并不断搅拌配置成体积比为2～5：1的浓硫酸和双氧水的酸洗液，然后将TiO₂薄膜浸入此酸洗液中2～4分钟；

[5]硫化铵溶液的制备

将质量分数为37～40%的稀盐酸逐滴加入到不断搅拌的质量分数为10～25%的硫化铵溶液中，至溶液的pH值为6.8～7.2；

[6]TiO₂薄膜的表面钝化处理

将酸洗后的TiO₂薄膜浸泡在制备好的硫化铵溶液中，超声处理10～80分钟，超声功率为80～100W；最后将处理过的TiO₂薄膜去离子水冲洗、氮气流下吹干；

[7]TiO₂薄膜的真空低温退火

将钝化处理过的TiO₂薄膜放入真空干燥箱中，20℃～30℃条件下抽真空到10～20Pa以下，在100℃～120℃的条件下退火60～80分钟；

[8]TiO₂薄膜的清洁干燥

将退火后的TiO₂薄膜放在紫外清洗机中，在紫外光下照射20～30分钟去除表面有机污染物，再经去离子水冲洗后放入真空干燥箱中100℃～120℃脱水烘焙5～7分钟得到清洁干燥的硫化铵钝化处理过的TiO₂薄膜；

[9]金属叉指电极的制备

在清洁干燥后的硫化铵钝化处理过的TiO₂薄膜表面旋涂一层1～3μm厚的BP212正型光刻胶，放置在热板上70℃～80℃条件下前烘15～20分钟；然后在光刻机上，将与插指电极图形结构互补的掩膜板与旋涂了光刻胶的衬底调整好位置后紧密接触，曝光40～50秒；曝光后显影30～50秒，用去离子水冲洗后吹干，110℃～120℃条件下在热板上坚膜25～30分钟即在钝化处理过的TiO₂薄膜上得到与插指电极结构互补的光刻胶图形；然后采用射频磁控溅射技术在其上面溅射一层金属，溅射靶材为Au靶，将溅射室抽真空至2.0×10^-3～8.0×10^-3Pa；然后通氩气，溅射气压为0.5～1.4Pa，溅射功率为60～100W，溅射时间3～8分钟；最后用丙酮将光刻胶及其上面的金属超声刻蚀掉，超声功率为50～70W，得到厚度为30～150nm，电极宽度为5～60μm，电极间距为5～30μm的叉指电极；从而制备得到金属-半导体-金属结构的基于硫化铵钝化处理的TiO₂紫外光探测器。

附图说明

图1：本发明所述的器件的结构示意图；

图2：未经过硫化铵溶液处理的TiO₂紫外探测器（实施例1）分别在无光照和300nm紫外光照射下的I-V曲线图；

图3：未经过硫化铵溶液处理的TiO₂紫外探测器（实施例1）的响应时间曲线图；

图4：300nm紫外光照射下，经过不同时间硫化铵溶液处理后的TiO₂紫外探测器（实施例3）的光电流曲线图；

图5：将未处理的（实施例1）、经过40分钟硫化铵溶液处理的（实施例3）以及对经过40分钟硫化铵溶液处理并用不同温度烧结1小时后的（实施例4）TiO₂薄膜分别制成器件测得的光电流对比图；

图6：经过40分钟硫化铵溶液处理后的TiO₂紫外探测器（实施例3）分别在无光照和300nm紫外光照射下的I-V曲线图；

图7：经过40分钟硫化铵溶液处理后的TiO₂紫外探测器（实施例3）的响应时间曲线图；

如图1所示，器件由石英衬底1、经(NH₄)₂S溶液钝化处理的TiO₂光敏层2、金属叉指电极3组成，300nm紫外光源4经过衬底1照射在经(NH₄)₂S溶液钝化处理的TiO₂光敏层2上产生光生载流子，在外加偏压条件下由金属叉指电极收集，产生光电流，由于经过了硫化铵溶液处理，TiO₂薄膜表面态密度减小，金属半导体接触的势垒降低，改善了器件的光增益和响应等。

如图2所示，曲线1和曲线2分别为未经过硫化铵溶液处理的TiO₂紫外探测器在无光照和300nm紫外光照射下的I-V曲线图；5V偏压下，光电流是12.29μA，暗电流是2.85nA，光暗电流比约为三个数量级。

图3为未经过硫化铵溶液处理的TiO₂紫外探测器的响应时间曲线，如图所示，上升时间是1.580s，下降时间是1.715s。

图4为300nm紫外光照射下，经过不同时间硫化铵溶液处理后的TiO₂紫外探测器的光电流曲线图；曲线1、2、3、4、5分别代表未处理以及处理时间为20分钟、80分钟、60分钟、40分钟的光电流曲线，对应的电流值分别为12.29μA、22.58μA、43.17μA、54.37μA、61.21μA，可以看出经过硫化铵溶液处理后器件的光电流有所增加且处理时间为40分钟左右的时候效果最好。

图5中曲线1、4分别对应未处理和40分钟硫化铵溶液处理后TiO₂紫外探测器的光电流曲线图，曲线2、3分别为将40分钟硫化铵溶液处理后的TiO₂薄膜再以650℃和450℃烧结1小时后制成器件的光电流曲线；5V偏压下，对40分钟硫化铵溶液处理后的TiO₂薄膜再经过450℃和650℃烧结1小时后器件的光电流分别为36.952μA和14.377μA，相对硫化铵溶液处理过但未经过烧结的TiO₂紫外探测器的光电流（61.21μA）有所下降，且随烧结温度的增加，下降程度增加。

如图6所示，曲线1和2为经过40分钟硫化铵溶液处理的TiO₂紫外探测器的暗电流和300nm紫外光照射下的光电流曲线图；5V偏压下光电流增加到61.21μA；暗电流减小到88.842pA，光增益（光暗电流比）约为五个数量级，相对未处理过的器件增加了两个数量级。

图7为经过40分钟硫化铵溶液处理的TiO₂紫外探测器的响应时间曲线。如图所示，经过40分钟硫化铵溶液处理后响应时间明显改善，缩短了4.3倍，为366.9ms，下降时间延长到5.115s。

具体实施方式

实施例1：

[1]使用超声波清洗器，分别以100mL氯仿、100mL甲醇、100mL去离子水为清洗液，并在清洗液中加入1.5g金刚砂研磨剂，将石英衬底依次超声10分钟，超声功率为100W，然后在氮气流下吹干。

[2]室温下，将9mL醋酸、8mL乙酰丙酮、8mL去离子水依次滴入不断搅拌的混匀混合的7mL钛酸四丁酯和95mL乙醇的混合液中，持续搅拌直到得到均匀透明的橙红色溶胶，陈化48小时后待用。

[3]将制备好的TiO₂溶胶以3000rpm的转速旋涂在清洗后的石英衬底上，匀胶时间为20s，每层TiO₂溶胶在120℃条件下烘7分钟，空气中冷却3分钟，共旋涂5层；将旋涂好TiO₂溶胶的衬底片放在马弗炉中，650℃条件下烧结2小时之后，形成锐钛矿型TiO₂晶体薄膜。

[4]将形成的锐钛矿型TiO₂薄膜放在紫外清洗机中，在紫外光下照射30分钟去除表面有机污染物，去离子水冲洗后放入真空干燥箱中100℃脱水烘焙7分钟得到清洁干燥的TiO₂薄膜。

[5]将清洁干燥后的TiO₂薄膜进行光刻、溅射叉指电极，首先是在TiO₂表面旋涂一层1.5μm厚的BP212正型光刻胶，放置在热板上80℃条件下前烘15分钟；然后在光刻机上，将与插指电极图形结构互补的掩膜板与旋涂了光刻胶的片子调整好位置后紧密接触，曝光45秒；曝光后显影40秒，用去离子水冲洗后吹干，120℃条件下在热板上坚膜25分钟后在TiO₂薄膜上得到与插指电极结构互补的光刻胶图形；然后采用射频磁控溅射技术在其上面溅射一层金属，溅射靶材为Au靶，将溅射室抽真空至2.0×10^-3Pa；通氩气，溅射气压为1.2Pa，溅射功率为80W，溅射时间5分钟；最后用丙酮将光刻胶及其上面的金属超声刻蚀掉，超声功率为60W，最终得到厚度为110nm，电极宽度为40μm，电极间距为20μm的叉指电极；通过以上步骤制备得到金属（Au）-半导体（TiO₂）-金属（Au）结构的TiO₂紫外光探测器，5V偏压下，暗电流是2.85nA，300nm紫外光照射下光电流是12.29μA，光暗电流比约为三个数量级；上升时间是1.580s，下降时间是1.715s。

实施例2：

[1]使用超声波清洗器，分别以100mL氯仿、100mL甲醇、100mL去离子水为清洗液，并在清洗液中加入0.5g金刚砂研磨剂，将石英衬底依次超声20分钟，超声功率为80W，然后在氮气流下吹干。

[2]室温下，将9mL醋酸、8mL乙酰丙酮、8mL去离子水依次滴入不断搅拌的混匀混合的7mL钛酸四丁酯和95mL乙醇的混合液中，持续搅拌直到得到均匀透明的橙红色溶胶，陈化24小时后待用。

[3]将制备好的TiO₂溶胶以2500rpm的转速旋涂在清洗后的石英衬底上，匀胶时间为15s，每层TiO₂溶胶在150℃条件下烘5分钟，空气中冷却5分钟，共旋涂3层；将旋涂好TiO₂溶胶的衬底片放在马弗炉中，650℃条件下烧结2小时之后，形成锐钛矿型TiO₂晶体薄膜。

[4]用玻璃棒将25mL、质量分数96%的浓硫酸缓慢引流加入到10mL、质量分数30%的双氧水中，并不断搅拌配置成体积比为1：5的双氧水和浓硫酸的清洗液，然后将TiO₂薄膜浸入此清洗液中酸洗约2分钟。

[5]将质量分数为37%的稀盐酸逐滴加入不断搅拌的20mL质量分数为16%的硫化铵溶液中，并用pH试纸不断检测溶液的pH值，直到得到中性的硫化铵溶液（pH值约为7）。

[6]将酸洗后的TiO₂薄膜浸泡在制备好的中性硫化铵溶液中，超声处理40分钟，超声功率为80W；最后将处理过的TiO₂薄膜去离子水冲洗、氮气流下吹干得到钝化处理过的TiO₂薄膜。

[7]将钝化处理过的TiO₂薄膜放入真空干燥箱中，室温抽真空到15.75Pa以下，在120℃的低温条件下退火60分钟。

[8]将上述TiO₂薄膜放在紫外清洗机中，在260μW/cm²紫外光下照射20分钟，去离子水冲洗后放入真空干燥箱中120℃脱水烘焙5分钟得到经过处理的清洁干燥的TiO₂薄膜。

[9]将钝化处理后的TiO₂薄膜进行光刻、溅射叉指电极，首先是在此薄膜表面旋涂一层1.5μm厚的BP212正型光刻胶，放置在热板上70℃条件下前烘20分钟；然后在光刻机上，将与插指电极图形结构互补的掩膜板与旋涂了光刻胶的片子调整好位置后紧密接触，曝光45秒；曝光后显影40秒，用去离子水冲洗后吹干，110℃条件下在热板上坚膜30分钟后在薄膜上得到与插指电极结构互补的光刻胶图形；然后采用射频磁控溅射技术在其上面溅射一层金属，溅射靶材为Au靶，将溅射室抽真空至7.6×10-3Pa；通氩气，溅射气压为0.6Pa，溅射功率为80W，溅射时间5分钟；最后用丙酮将未曝光的光刻胶及其上面的金属超声刻蚀掉，超声功率为60W，最终得到厚度为110nm，电极宽度为40μm，电极间距为20μm的叉指电极；通过以上步骤制备得到金属（Au）-半导体（TiO₂）-金属（Au）结构的经过40分钟表面钝化处理的TiO₂紫外光探测器。5V偏压下，暗电流是89.204pA，300nm紫外光照射下光电流是62.84μA，光暗电流比约五个数量级；与实施例1相比，提高了两个数量级；上升时间缩短到358.6ms，而下降时间延长到6.362s。

实施例3：

[1]使用超声波清洗器，分别以100mL氯仿、100mL甲醇、100mL去离子水为清洗液，并在清洗液中加入1.5g金刚砂研磨剂，将石英衬底依次超声10分钟，超声功率为100W，然后在氮气流下吹干。

[2]室温下，将9mL醋酸、8mL乙酰丙酮、8mL去离子水依次滴入不断搅拌的混匀混合的7mL钛酸四丁酯和95mL乙醇的混合液中，持续搅拌直到得到均匀透明的橙红色溶胶，陈化48小时后待用。

[3]将制备好的TiO₂溶胶以3000rpm的转速旋涂在清洗后的石英衬底上，匀胶时间为20s，每层TiO₂溶胶在120℃条件下烘7分钟，空气中冷却3分钟，共旋涂5层；将旋涂好TiO₂溶胶的衬底片放在马弗炉中，650℃条件下烧结2小时之后，形成锐钛矿型TiO₂晶体薄膜。

[4]用玻璃棒将25mL、质量分数96%的浓硫酸缓慢引流加入到10mL、质量分数30%的双氧水中，并不断搅拌配置成体积比为1：2的双氧水和浓硫酸的清洗液，然后将TiO₂薄膜浸入此清洗液中酸洗约4分钟。

[5]将质量分数为37%的稀盐酸逐滴加入不断搅拌的20mL质量分数为16%的硫化铵溶液中，并用pH试纸不断检测溶液的pH值，直到得到中性的硫化铵溶液（pH值约为7）。

[6]将酸洗后的TiO₂薄膜浸泡在制备好的中性硫化铵溶液中，超声处理40分钟，超声功率为100W；最后将处理过的TiO₂薄膜去离子水冲洗、氮气流下吹干得到钝化处理过的TiO₂薄膜。

[7]将钝化处理过的TiO₂薄膜放入真空干燥箱中，室温抽真空到15.75Pa以下，在100℃的低温条件下退火80分钟。

[8]将上述TiO₂薄膜放在紫外清洗机中，在260μW/cm²紫外光下照射30分钟，去离子水冲洗后放入真空干燥箱中100℃脱水烘焙7分钟得到经过处理的清洁干燥的TiO₂薄膜。

[9]将钝化处理后的TiO₂薄膜进行光刻、溅射叉指电极，首先是在此薄膜表面旋涂一层1.5μm厚的BP212正型光刻胶，放置在热板上80℃条件下前烘15分钟；然后在光刻机上，将与插指电极图形结构互补的掩膜板与旋涂了光刻胶的片子调整好位置后紧密接触，曝光45秒；曝光后显影40秒，用去离子水冲洗后吹干，120℃条件下在热板上坚膜25分钟后在薄膜上得到与插指电极结构互补的光刻胶图形；然后采用射频磁控溅射技术在其上面溅射一层金属，溅射靶材为Au靶，将溅射室抽真空至1.8×10^-3Pa；通氩气，溅射气压为1.2Pa，溅射功率为80W，溅射时间5分钟；最后用丙酮将光刻胶及其上面的金属超声刻蚀掉，超声功率为60W，最终得到厚度为110nm，电极宽度为40μm，电极间距为20μm的叉指电极；通过以上步骤制备得到金属（Au）-半导体（TiO2）-金属（Au）结构的经过40分钟表面钝化处理的TiO₂紫外光探测器。5V偏压下，暗电流是88.842pA，300nm紫外光照射下光电流是61.21μA，光暗电流比约五个数量级，与实施例1相比，提高了两个数量级；上升时间缩短了4.3倍，为366.9ms，而下降时间延长到5.115s。

实施例4：

[1]使用超声波清洗器，分别以100mL氯仿、100mL甲醇、100mL去离子水为清洗液，并在清洗液中加入1.5g金刚砂研磨剂，将石英衬底依次超声10分钟，超声功率为100W，然后在氮气流下吹干。

[2]室温下，将9mL醋酸、8mL乙酰丙酮、8mL去离子水依次滴入不断搅拌的混匀混合的7mL钛酸四丁酯和95mL乙醇的混合液中，持续搅拌直到得到均匀透明的橙红色溶胶，陈化48小时后待用。

[3]将制备好的TiO₂溶胶以3000rpm的转速旋涂在清洗后的石英衬底上，匀胶时间为20s，每层TiO₂溶胶在120℃条件下烘7分钟，空气中冷却3分钟，共旋涂5层；将旋涂好TiO₂溶胶的衬底片放在马弗炉中，650℃条件下烧结2小时之后，形成锐钛矿型TiO₂晶体薄膜。

[4]用玻璃棒将25mL、质量分数96%的浓硫酸缓慢引流加入到10mL、质量分数30%的双氧水中，并不断搅拌配置成体积比为1：2的双氧水和浓硫酸的清洗液，然后将TiO₂薄膜浸入此清洗液中酸洗约4分钟。

[5]将质量分数为37%的稀盐酸逐滴加入不断搅拌的20mL质量分数为16%的硫化铵溶液中，并用pH试纸不断检测溶液的pH值，直到得到中性的硫化铵溶液（pH值约为7）。

[6]将酸洗后的TiO₂薄膜浸泡在制备好的中性硫化铵溶液中，超声处理40分钟，超声功率为100W；最后将处理过的TiO₂薄膜去离子水冲洗、氮气流下吹干得到钝化处理过的TiO₂薄膜。

[7]将钝化处理过的TiO₂薄膜放入真空干燥箱中，室温抽真空到15.75Pa以下，在100℃的低温条件下退火80分钟。

[8]再将低温退火处理过的TiO₂晶体薄膜放入马弗炉中，450℃条件下烧结1小时后取出。

[9]将上述TiO₂薄膜放在紫外清洗机中，在260μW/cm²紫外光下照射30分钟，去离子水冲洗后放入真空干燥箱中100℃脱水烘焙7分钟得到经过处理的清洁干燥的TiO₂薄膜。

[10]将钝化处理并烧结后的TiO₂薄膜进行光刻、溅射叉指电极，首先是在此薄膜表面旋涂一层1.5μm厚的BP212正型光刻胶，放置在热板上80℃条件下前烘15分钟；然后在光刻机上，将与插指电极图形结构互补的掩膜板与旋涂了光刻胶的片子调整好位置后紧密接触，曝光45秒；曝光后显影40秒，用去离子水冲洗后吹干，120℃条件下在热板上坚膜25分钟后在薄膜上得到与插指电极结构互补的光刻胶图形；然后采用射频磁控溅射技术在其上面溅射一层金属，溅射靶材为Au靶，将溅射室抽真空至2.7×10^-3Pa；通氩气，溅射气压为1.0Pa，溅射功率为80W，溅射时间5分钟；最后用丙酮将光刻胶及其上面的金属超声刻蚀掉，超声功率为60W，最终得到厚度为110nm，电极宽度为40μm，电极间距为20μm的叉指电极；通过以上步骤制备得到金属（Au）-半导体（TiO₂）-金属（Au）结构的经过40分钟表面钝化处理并450℃高温烧结后的TiO₂紫外光探测器，5V偏压下，300nm紫外光照射下光电流是36.95μA，相对于40分钟硫化铵溶液处理过但未烧结的器件（实施例2）光电流有所下降。

上述实施例中制备的紫外探测器的有效面积均为0.38mm²。I-V曲线用Keithley2601进行测量。所有的测量都是在大气环境下进行的。

以上所述内容，仅为本发明的具体实施方式，不能以其限定本发明实施的范围，大凡依本发明专利申请范围所进行的均等变化和改进，均应仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器，其特征在于：依次由衬底、经(NH₄)₂S溶液钝化处理的光敏感宽禁带氧化物半导体薄膜层和金属叉指电极组成。

2.如权利要求1所述的一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器，其特征在于：衬底的厚度为3～5mm，长度和宽度均为12～18mm，薄膜层的厚度为100～200nm，金属叉指电极的厚度为30～150nm，电极宽度为5～60μm，电极间距为5～30μm。

3.如权利要求1所述的一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器，其特征在于：衬底为石英、蓝宝石或硅，光敏感宽禁带氧化物半导体薄膜层为TiO₂、ZnO或SrTiO₃，金属叉指电极为Au或Pt。

4.一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器的制备方法，其步骤如下：

（1）TiO₂薄膜的制备

将TiO₂溶胶以2500～3000rpm的转速旋涂在清洗后的衬底上，共旋涂3～5层；每层的匀胶时间为15～20s，每层TiO2溶胶在120～150℃条件下烘5～7分钟，空气中冷却3～5分钟；然后将旋涂好TiO₂溶胶的衬底片放在马弗炉中，550～650℃条件下烧结2～3小时，即形成锐钛矿型TiO₂薄膜；

（2）TiO₂薄膜的酸洗

用玻璃棒将质量分数为96～98%的浓硫酸缓慢引流加入到质量分数为30～40%的双氧水中，并不断搅拌配置成体积比为2～5：1的浓硫酸和双氧水的酸洗液，然后将TiO₂薄膜浸入此酸洗液中2～4分钟；

（3）硫化铵溶液的制备

将质量分数为37～40%的稀盐酸逐滴加入到不断搅拌的质量分数为10～25%的硫化铵溶液中，至溶液的pH值为6.8～7.2；

（4）TiO₂薄膜的表面钝化处理

将酸洗后的TiO₂薄膜浸泡在制备好的硫化铵溶液中，超声处理10～80分钟，超声功率为80～100W；最后将处理过的TiO₂薄膜去离子水冲洗、氮气流下吹干；

（5）TiO₂薄膜的真空低温退火

将钝化处理过的TiO₂薄膜放入真空干燥箱中，20℃～30℃条件下抽真空到10～20Pa以下，在100℃～120℃的条件下退火60～80分钟；

（6）TiO₂薄膜的清洁干燥

将退火后的TiO₂薄膜放在紫外清洗机中，在紫外光下照射20～30分钟去除表面有机污染物，再经去离子水冲洗后放入真空干燥箱中100℃～120℃脱水烘焙5～7分钟得到清洁干燥的硫化铵钝化处理过的TiO₂薄膜；

（7）金属叉指电极的制备

在清洁干燥后的硫化铵钝化处理过的TiO₂薄膜表面旋涂一层1～3μm厚的BP212正型光刻胶，放置在热板上70℃～80℃条件下前烘15～20分钟；然后在光刻机上，将与插指电极图形结构互补的掩膜板与旋涂了光刻胶的衬底调整好位置后紧密接触，曝光40～50秒；曝光后显影30～50秒，用去离子水冲洗后吹干，110℃～120℃条件下在热板上坚膜25～30分钟即在钝化处理过的TiO₂薄膜上得到与插指电极结构互补的光刻胶图形；然后采用射频磁控溅射技术在其上面溅射一层金属；最后用丙酮将光刻胶及其上面的金属超声刻蚀掉，超声功率为50～70W，得到厚度为30～150nm、电极宽度为5～60μm、电极间距为5～30μm的叉指电极；从而制备得到具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器。

5.如权利要求4所述的一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器的制备方法，其特征在于：步骤1）中清洗过的衬底，是用超声清洗的方法，分别以氯仿、甲醇、去离子水为清洗介质，并在清洗液中加入0.5～1.5g的金刚砂研磨剂，分别超声10～20分钟，超声功率为80～100W，然后在氮气流下吹干。

6.如权利要求4所述的一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述TiO₂溶胶是在室温下将5～15mL醋酸、5～10mL乙酰丙酮、5～10mL去离子水依次滴入不断搅拌且混合均匀的5～10mL钛酸四丁酯和80～100mL乙醇的混合液中，持续搅拌直到得到均匀透明的橙红色溶胶，陈化24～48小时后得到TiO₂溶胶。

7.如权利要求4所述的一种具有钝化处理的宽禁带氧化物半导体薄膜层的紫外探测器的制备方法，其特征在于：步骤7）中溅射靶材为Au靶，将溅射室抽真空至2.0×10^-3～8.0×10^-3Pa；然后通氩气，溅射气压为0.5～1.4Pa，溅射功率为60～100W，溅射时间3～8分钟。

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