CN105355715A - 一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法 - Google Patents
一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105355715A CN105355715A CN201510787568.7A CN201510787568A CN105355715A CN 105355715 A CN105355715 A CN 105355715A CN 201510787568 A CN201510787568 A CN 201510787568A CN 105355715 A CN105355715 A CN 105355715A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- nano crystal
- metallic nano
- film
- oxide semiconductor
- 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.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 9
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 7
- HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N diethylzinc Chemical compound CC[Zn]CC HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 7
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 abstract description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 210000000498 stratum granulosum Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
-
- 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
Abstract
本发明涉及了一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法；具体涉及到将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的金属靶；抽真空至10-5？Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到1Pa左右，采用直流溅射，设定功率为25W,溅射时间5-18s；结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，沉积20-30nm厚度的ZnO薄膜；完成后取出样品即可获得相关器件原型。通过嵌入金属纳米晶颗粒层，能有效提高该器件的光电探测灵敏度，且能够维持氧化物半导体的抗辐射老化优势，对提高器件性能及延长使用寿命具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及光电位移探测器领域，特别是涉及一种基于金属纳米晶改性半导体光电传感器件的制备方法。
背景技术
近年来，半导体光电传感器件因制备工艺成熟、造价低廉、且体积小等特点，且比金属纳米薄膜具有更好的抗辐射、防老化性能，在军事、工业检测等领域受到了广泛关注。不同的半导体材料，如ZnO、CuO及TiO2等金属氧化物半导体薄膜与Si基底结合，形成半导体-绝缘层-半导体(SIS）结构，可得到诸多光电性能，包括随着激光点位置变化而线性改变的侧向光伏效应，电阻值可以在外场条件下发生高、低阻态切换的电阻开关效应。但在实际应用过程中，氧化物半导体薄膜因在薄膜态下，其具体性能距离实际需要仍旧需要提高。日前，始终缺乏简单行有效且能有效提高相关性能的方法和工艺
在表面拉曼增强的效应研究中，金属颗粒的拉曼增强机制最终归结到表面等离子共振效应上，且不断地被实验和理论证实。表面等离子共振效应是指当金属颗粒的尺寸在纳米级别且距离够靠近时，可将表面的自由电子视为导体表面具有自由活动的电子视等离子体，且被约束到表面的局部位置，局当有合适频率的电磁波作用于其表面时，可产生局域表面等离子体共振现象。在此基础上，对现有的SIS结构进行了设计改进，将金属纳米晶颗粒沉积在半导体基底后再进行半导体氧化物薄膜包袱，得到了性能明显提高的位置灵敏光电探测器件结构原型。
发明内容
本发明针对现有半导体光电传感器件中普遍存在的灵敏度有限问题，提供一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，引入额外的一层金属纳米晶结构嵌入，从而明显提高相关结构的光电性能。
一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，包括半导体衬底，金属纳米晶颗粒，覆盖在金属纳米晶颗粒上的氧化物半导体衬薄膜及电极，通过以下方式完成：
（1）在经过标准清洗流程的半导体衬底Si片上采用磁控溅射工艺快速沉积均匀分布的非连续金属纳米晶颗粒；
（2）采用原子层沉积方法制备氧化物半导体薄膜进行覆盖；
（3）在半导体氧化物薄膜上制备电极，即获到性能明显提高的光电位移传感器件。
步骤（1）中金属纳米晶颗粒采用磁控溅射工艺的本底真空应在10-5Pa数量级，溅射气压稳定在1Pa左右；整溅射功率为25W时时间控制在5-10s。
步骤（2）中ZnO薄膜的ALD制备工艺，载气流量控制在150-200sccm；反应温度控制在120-150℃；脉冲时间按照经验参数分别设定为0.3s，二乙基锌和0.4s，超纯水；沉积循环数目在100-150个范围内。
基于金属纳米晶改性的半导体光电传感器件应包括：半导体衬底；用于改性的金属纳米晶颗粒，及在金属纳米晶上形成的相关氧化物半导体薄膜，（本发明中以ZnO薄膜为例）；整体如图1所示。
本发明Si基底采用标砖清洗流程：依次用丙酮和去离子水将Si基底至于超声清洗机中各清洗15min，后在100℃下干燥3h。
制备金属纳米晶颗粒采用磁控溅射工艺：将磁控溅射腔真空抽至10-5Pa后，通入氩气调整流量计使溅射气压稳定在1Pa左右；通过调整溅射功率和时间控制金属纳米晶颗粒的大小及分布；
制备氧化物半导体薄膜采用原子层沉积工艺进行制备：所用反应源为二乙基锌和超纯水，载气流量控制在150-200sccm；反应温度控制在120-150℃；脉冲时间按照经验参数进行设定，通过沉积循环数目设定控制氧化物半导体薄膜厚度。
与现有技术，本发明的有益效果是：
通过嵌入金属纳米晶颗粒层，能有效提高该器件的光电探测灵敏度，且能够维持氧化物半导体的抗辐射老化优势，对提高器件性能及延长使用寿命具有重要意义。
附图说明
图1：本发明设计器件的结构截面示意图；
图2：本发明实施案例1的性能提高对比结果。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的Ag靶；抽真空至10-5Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到0.7Pa，采用直流溅射，设定功率为25W,溅射时间5s；结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至120℃；采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150sccm，设定循环参数为100；（即厚度为20nm）,完成后取出样品即可获得相关器件原型。
实施例2：
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的Ag靶；抽真空至10-5Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到0.8Pa，采用直流溅射，设定功率为25W,溅射时间10s；结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至150℃；采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150sccm，；设定循环参数为150（即厚度为30nm）,完成后取出样品即可获得相关器件原型。
实施例3：
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的Au靶；抽真空至10-5Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到0.8Pa，采用直流溅射，设定功率为25W,溅射时间5s；结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至150℃；采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150sccm，；设定循环参数为100（即厚度为20nm）,完成后取出样品即可获得相关器件原型。
实施例4：
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的Au靶；抽真空至10-5Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到0.8Pa，采用直流溅射，设定功率为25W,溅射时间10s；结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至150℃；采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150sccm，；设定循环参数为200（即厚度为40nm）,完成后取出样品即可获得相关器件原型。
图2为实施例1的性能提高对比图。
Claims (3)
1.一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，包括半导体衬底，金属纳米晶颗粒，覆盖在金属纳米晶颗粒上的氧化物半导体衬薄膜及电极，通过以下方式完成：
（1）在经过标准清洗流程的半导体衬底Si片上采用磁控溅射工艺快速沉积均匀分布的非连续金属纳米晶颗粒；
（2）采用原子层沉积方法制备氧化物半导体薄膜进行覆盖；
（3）在半导体氧化物薄膜上制备电极，即获到性能明显提高的光电位移传感器件。
2.根据权利要求1所述一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中金属纳米晶颗粒采用磁控溅射工艺的本底真空应在10-5Pa数量级，溅射气压稳定在1Pa左右；整溅射功率为25W时时间控制在5-10s。
3.根据权利要求1所述一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中ZnO薄膜的ALD制备工艺，载气流量控制在150-200sccm；反应温度控制在120-150℃；脉冲时间按照经验参数分别设定为0.3s，二乙基锌和0.4s，超纯水；沉积循环数目在100-150个范围内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510787568.7A CN105355715A (zh) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | 一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510787568.7A CN105355715A (zh) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | 一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105355715A true CN105355715A (zh) | 2016-02-24 |
Family
ID=55331644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510787568.7A Pending CN105355715A (zh) | 2015-11-17 | 2015-11-17 | 一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105355715A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106299013A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-01-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光电二极管以及制备方法、x射线探测基板 |
| CN109627602A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-04-16 | 安徽江南泵阀有限公司 | 一种高性能长寿命epdm泵阀体材料 |
| CN111883550A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-03 | 上海大学 | 一种平板探测器 |
| CN113517367A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-19 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种基于Ag纳米颗粒/ ZnO结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法及其产品 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101271774A (zh) * | 2008-04-30 | 2008-09-24 | 同济大学 | 一种可用于太阳能电池光阳极的材料、其制备方法及应用 |
| CN102013447A (zh) * | 2009-09-04 | 2011-04-13 | 韩国铁钢株式会社 | 光电装置及其制造方法 |
| CN103000382A (zh) * | 2011-09-15 | 2013-03-27 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极 |
| CN103266308A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-28 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种基于氧化锌的光电位置传感材料及制备方法 |
| CN103346171A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-10-09 | 西安交通大学 | 一种响应增强型ZnO基光电导探测器及其制备方法 |
| CN104157741A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-11-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种光电探测器的制备方法 |
-
2015
- 2015-11-17 CN CN201510787568.7A patent/CN105355715A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101271774A (zh) * | 2008-04-30 | 2008-09-24 | 同济大学 | 一种可用于太阳能电池光阳极的材料、其制备方法及应用 |
| CN102013447A (zh) * | 2009-09-04 | 2011-04-13 | 韩国铁钢株式会社 | 光电装置及其制造方法 |
| CN103000382A (zh) * | 2011-09-15 | 2013-03-27 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极 |
| CN103266308A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-28 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种基于氧化锌的光电位置传感材料及制备方法 |
| CN103346171A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-10-09 | 西安交通大学 | 一种响应增强型ZnO基光电导探测器及其制备方法 |
| CN104157741A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-11-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种光电探测器的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 宣天美 等: "《纳米ZnO气敏传感器研究进展》", 《材料导报A：综述篇》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106299013A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-01-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光电二极管以及制备方法、x射线探测基板 |
| CN106299013B (zh) * | 2016-10-31 | 2020-04-14 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光电二极管以及制备方法、x射线探测基板 |
| CN109627602A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-04-16 | 安徽江南泵阀有限公司 | 一种高性能长寿命epdm泵阀体材料 |
| CN111883550A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-03 | 上海大学 | 一种平板探测器 |
| CN113517367A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-19 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 一种基于Ag纳米颗粒/ ZnO结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法及其产品 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105355715A (zh) | 一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法 | |
| Ito et al. | Effects of energetic ion bombardment on structural and electrical properties of Al-doped ZnO films deposited by RF-superimposed DC magnetron sputtering | |
| Besleaga et al. | AZO thin films synthesized by RF–magnetron sputtering: The role of deposition power | |
| CN105063560B (zh) | 利用磁控溅射法制备电阻率分布均匀的azo薄膜的方法 | |
| CN102712995A (zh) | 氧化物蒸镀材料、蒸镀薄膜以及太阳能电池 | |
| TW201043716A (en) | Ionized physical vapor deposition for microstructure controlled thin film deposition | |
| CN106338347A (zh) | 一种高温声表面波传感器的叉指电极材料及其制备方法 | |
| CN104058446B (zh) | 一种低维氧化锌纳米材料及其低温等离子体制备方法 | |
| Tao et al. | Deposition Ga-doped ZnO films on PEN substrate at room temperature for thin film silicon solar cells | |
| Ghosh et al. | Effect of oxygen flow rate and radio-frequency power on the photoconductivity of highly ultraviolet sensitive ZnO thin films grown by magnetron sputtering | |
| WO2014063000A1 (en) | Non-bonded rotatable targets and their methods of sputtering | |
| Jang et al. | Development of higher performance indium tin oxide films at a very low temperature (< 80° C) by the neutral beam-assisted sputtering process | |
| Gromov et al. | Effect of the formation conditions on the properties of ZnO: Ga thin films deposited by magnetron-assisted sputtering onto a cold substrate | |
| Guo et al. | Energy level matching between transparent conducting electrodes and the electronic transport layer to enhance performance of all-inorganic CsPbBr3 solar cells | |
| US11387085B2 (en) | Multicathode deposition system | |
| Yu et al. | UV enhanced oxygen response resistance ratio of ZnO prepared by thermally oxidized Zn on sapphire substrate | |
| Szyszka | Magnetron sputtering of ZnO films | |
| CN103590011B (zh) | 一种磁控溅射制备azo透明导电膜的装置及方法 | |
| CN112941476B (zh) | 一种二氧化锡/铜/二氧化锡多层透明导电薄膜及其制备方法与应用 | |
| CN104746026A (zh) | 薄膜沉积设备 | |
| US20100258180A1 (en) | Method of forming an indium-containing transparent conductive oxide film, metal targets used in the method and photovoltaic devices utilizing said films | |
| CN103060758B (zh) | 纳米和微米硅薄膜的脉冲电子束沉积方法 | |
| Kim et al. | Properties of IZTO Thin Films Prepared by Using a Hetero-Target Sputtering System | |
| Kim et al. | Influence of the duty cycle of pulsed DC magnetron sputtering on ITO films for amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells | |
| CN117646171A (zh) | 一种用于硅异质结太阳能电池的锡基透明导电层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160224 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |