CN105514211B - 一种栅压控制的透明场效应紫外探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种栅压控制的透明场效应紫外探测器及其制备方法，该紫外探测器包括：衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；栅电极绝缘层，为ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；有源层，为InZnO膜，位于所述栅电极绝缘层上；源电极、漏电极，均为InZnO膜，分别与所述有源层连接。该紫外探测器为整体全透明器件，透光性好；通过控制栅压大小调整器件工作状态，全透明紫外探测器和晶体管放大增益特性于一体，采用平面制备工艺，具有结构简单快捷，响应速度快，工作频带宽等优点，可以获得高速、大增益的紫外探测器件，在通信和检测领域有广阔的应用前景。

Description

一种栅压控制的透明场效应紫外探测器及其制备方法
技术领域
本发明属于紫外探测器技术领域，具体涉及一种栅压控制的透明场效应紫外探测器，同时还涉及一种栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法。
背景技术
紫外探测技术广泛应用在医疗诊断、环境监测、海上油监、天文学、导弹预警、飞行器制导、秘密通信、生化武器探测等民用和军事领域。目前，紫外探测器主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、固体紫外探测器等，常见的传统紫外探测器是紫外光电倍增管和硅基紫外光电二极管两种，前者体积笨重、工作电压高且效率低、易损坏且成本高；后者需要附带昂贵的滤光片来减小可见光和红外光的影响，给实际应用带来不便。
如现有技术中，CN102931272A公开了一种具有增益的紫外探测器结构，包括半绝缘SiC衬底，在该半绝缘SiC衬底上外延生长的p型缓冲SiC外延层，在该p型缓冲SiC外延层上外延生长的n型SiC外延层，在该n型SiC外延层上外延生长的n+型SiC外延层，部分刻蚀该n+型SiC外延层至露出该n型SiC外延层从而在该n型SiC外延层表面形成条状凹栅区，在该条状凹栅区两侧未被刻蚀的该n+型SiC外延层上形成的源漏区欧姆接触源级和漏极，在该条状凹栅区上形成的透明肖特基势垒栅极，以及在欧姆接触源极、漏极与透明肖特基势垒栅极之间形成的钝化介质层。该SiC紫外探测器结构，不需加高的偏置电压就可以获得较高的增益，并能够避免由于雪崩引起的额外噪声；但是其存在结构复杂，制备过程工序多且难以控制；光增益效果有限，透明度低的缺点。
CN104916733A公开了一种非晶ZnSnO薄膜晶体管型紫外探测器，包括低阻Si为衬底，同时为栅极；SiO2薄膜为绝缘层，非晶ZnSnO薄膜为沟道层，Al薄膜为源极和漏极。其中非晶ZnSnO薄膜采用溶液法制备，非晶ZnSnO薄膜化学式为ZnxSn1-xO，0<x<1。该紫外探测器具有体积小、结构简单、探测灵敏度高且可由栅压调控、易于大规模集成化应用等优点；但是其还存在透明度低、栅压控制响应速度慢及跨度小的问题。
近年来，人们开始利用对可见光响应极低的宽带隙半导体来制备紫外探测器件，包括金刚石、SiC、GaN和ZnO等。作为第三代半导体核心基础材料ZnO具有优越的光电性能，非常适合制作国防高科技术上重要的中紫外探测器。但是本征ZnO自由激子结合能为60meV，其室温禁带宽度为3.37eV，直接应用于紫外探测器则效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种栅压控制的透明场效应紫外探测器，透明度高、栅压控制、响应速度快。
本发明的第二个目的是提供一种栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种栅压控制的透明场效应紫外探测器，包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO(氧化铟锡)导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明InZnO膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明InZnO膜，分别与所述有源层连接。
所述紫外探测器整体为底栅顶电极结构。所述有源层为N型InZnO薄膜。源电极、漏电极与有源层良好欧姆接触。源电极、漏电极之间形成有源层沟道。
本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器，为栅压控制场效应晶体管结构，在ITO导电玻璃上设置透明的高介电常数的二氧化锆(ZrO2)绝缘介质薄膜层作为栅电极绝缘层，在栅电极绝缘层上设置透明InZnO膜作为有源层，并在有源层上设置欧姆接触的InZnO源电极、漏电极，构成了以栅极电压控制源电极、漏电极的三电极透明紫外探测器；该紫外探测器为整体全透明器件，透光性好；实现通过控制栅压大小调整器件工作状态，探测光生电流由漏、源极引出，这种全透明紫外探测器和晶体管放大增益特性于一体，采用平面制备工艺，具有结构简单快捷，响应速度快，工作频带宽等优点，可以获得高速、大增益的紫外探测器件，在通信和检测领域有广阔的应用前景。
采用透明度较好的氧化物半导体材料InZnO膜作为有源层和源电极、漏电极，使栅压控制的场效应探测器具有较高的透明性。
InZnO是一种新型宽带隙半导体材料，该材料具有高载流子迁移率、制备温度低、电阻率可控及可见光波段透明度高等优点；可以制备出高量子效率、底激发阈值的光电器件，在发光二极管(LED)、激光器(LD)、表面声波器件、尤其是在紫外探测器方面有着广阔的应用前景。本发明采用InZnO薄膜作为有源层和源电极、漏电极，所得的紫外探测器具有透明性好、探测效率高等优势，可以应用在全透明电子电路中。
优选的，所述透明InZnO膜为氧化铟掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明InZnO膜中，氧化铟的质量百分含量为1％～10％，余量为氧化锌。
所述栅电极绝缘层的厚度为200～300nm；所述有源层的厚度为100～200nm。所述源电极、漏电极的厚度为200～300nm。一般的，ITO导电玻璃中，ITO导电膜(ITO栅电极)的厚度为180～200nm。
本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器，是采用溶胶凝胶法在ITO导电玻璃上制备栅电极绝缘层，采用磁控溅射法在栅电极绝缘层上依次制备有源层和源电极、漏电极。
一种上述的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层，得半成品A：
2)采用磁控溅射法在所得半成品A上制备有源层，得半成品B：
3)采用磁控溅射法在所得半成品B上制备源电极、漏电极，即得。
步骤1)中，采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层，具体为：将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得具有栅电极绝缘层的半成品A。
所述乙酰丙酮锆溶液中，乙酰丙酮锆的浓度为0.1～0.2mol/L；所述乙酰丙酮锆溶液中，所用的溶剂为乙醇与乙醇胺的混合液。具体为：将乙醇与乙醇胺混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆溶于所述溶剂中制成乙酰丙酮锆溶液；所述溶剂中乙醇与乙醇胺的体积比为1～2:1。
ITO导电玻璃使用前经过清洗。所述清洗是用去离子水、丙酮、乙醇依次清洗ITO导电玻璃。
所述匀胶成膜的具体操作为：将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，取乙酰丙酮锆溶液置于ITO栅电极上，打开匀胶机，在转速为500～800r/min低转速和4000～4300r/min高转速情况下分别转动匀胶5～10s和40～45s，以使获得的胶体薄膜分布均匀。
所述退火的温度为240～300℃，保温时间为40～60min。退火后自动降温。在制备过程中，可以根据需要重复匀胶成膜和退火的步骤，至制备出满足需求(厚度)的栅电极绝缘层。
上述制备方法中，有源层和源电极、漏电极均采用磁控溅射法使用InZnO靶材制备；采用磁控溅射方法在薄膜制备过程中通过控制不同的氧气与氩气的流量来改善电极和有源层的材料性质，以促使有源层和电极之间形成欧姆接触和在栅压变化下能形成良好的控制沟道电流效应。
步骤2)和3)中，所述磁控溅射法均包括下列步骤：
a)将衬底安装掩膜版后置于真空室中，将真空室抽真空；
b)向真空室内通入氧气与氩气的混合气体或氩气，使真空室内压强为1～10Pa；
c)开启射频电源进行磁控溅射。
所述磁控溅射法中，所用的靶材为InZnO陶瓷靶材，即氧化铟掺杂氧化锌透明导电氧化物材料。优选的，所述InZnO陶瓷靶材中，氧化铟的质量百分含量为1％～10％，余量为氧化锌。所述InZnO陶瓷靶材纯度不低于99.9％。磁控溅射过程中，靶材和衬底的距离在15cm。
步骤a)中，将真空室抽真空的方法为：先开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，再开启分子泵将真空室抽到10-5Pa。
步骤b)中，通入氧气与氩气的混合气体或氩气之前，清洗通气管道，除去管道中的残留气体，防止污染。
步骤c)中，用于薄膜生长的磁控溅射之前进行预溅射，预溅射的时间为10～20min。
采用磁控溅射法制备有源层时，通入真空室的气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为3～10:30；磁控溅射的功率为60～150W。控制有源层的厚度为100～200nm。
采用磁控溅射法制备源电极、漏电极时，通入真空室的气体为氩气；磁控溅射的功率为60～150W。控制源电极、漏电极的厚度为200～300nm。
本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器，采用了场效应晶体管结构，其基本原理是通过外加栅压电压来控制有源层空间电荷区的宽度，从而控制有源层沟道导电能力的一种场效应器件。这种器件的工作频率高，响应速度快，可在光电集成和传感中得到应用。同时，本发明的场效应管采用了以ITO导电玻璃作为衬底，透明度较好的二氧化锆作为栅电极绝缘介质层，透明的宽带系半导体材料InZnO作为有源层和源电极、漏电极，整体构成了一个全透明的器件，整体适合透明的透明逻辑电路和光电探测设备的应用。
本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器，与现有技术相比，具有如下优势：
(1)该紫外探测器具有全透明特征，可以应用在透明电子电路中；
(2)具有晶体管放大增益特性，同时由于栅极电压控制的场效应特性，使器件具有较高的反应灵敏性，即可以制备高速、大增益的紫外探测器；
(3)采用平面制备工艺，同时可以在器件前后进行照射工作，器件的制备采用室温下溅射制备有源层以及源、漏电极，工艺、结构简单；
(4)可以制备高分辨率的有源阵列紫外图像传感器，栅压控制的场效应晶体管作为图像传感器像素元素，通过调整栅压控制的方式进行探测单元的工作状态，使各个单元之间的工作互不影响，从而获得较高分辨率的图像传感器，可以应用于空间环境紫外探测等相关研究。
本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，是在ITO导电玻璃上(ITO栅电极一侧)溶胶凝胶法生长二氧化锆(ZrO2)绝缘介质薄膜层(栅电极绝缘层)，在栅电极绝缘层上采用磁控溅射法生长InZnO薄膜作为有源层，在此有源层上采用磁控溅射法制备欧姆接触的InZnO源电极、漏电极；所得紫外探测器为栅压控制场效应晶体管结构，通过控制栅压大小调整器件工作状态，探测光生电流由漏、源极引出；为整体全透明器件，透光性好，具有结构简单快捷，响应速度快，工作频带宽等优点。该制备方法工艺简单、操作方便，环境友好且价格低廉，易于实现自动化控制，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1的栅压控制的透明场效应紫外探测器的结构示意图；
图2为图1中栅压控制的透明场效应紫外探测器的俯视图；
图3为实施例2的栅压控制的透明场效应紫外探测器的透过率测试结果示意图；
图4为实施例2的栅压控制的透明场效应紫外探测器的紫外辐照测试结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式中，所用的ITO导电玻璃为市售商品，其中ITO导电膜的ITO组分质量比为：In2O3∶SnO2＝90∶10，纯度为99.99％。
实施例1
本实施例的栅压控制的透明场效应紫外探测器，为底栅顶电极结构，如图1、2所示，包括：
衬底1，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层导电膜为ITO栅电极2；
栅电极绝缘层3，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极2上；
有源层4，为透明InZnO膜，位于所述栅电极绝缘层3上；
源电极5、漏电极6，均为透明InZnO膜，分别与所述有源层4连接。
其中，所述透明InZnO膜为氧化铟掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明InZnO膜中，氧化铟的质量百分含量为5％，余量为氧化锌。
所述栅电极绝缘层的厚度为300nm；所述有源层的厚度为200nm；所述源电极、漏电极的厚度为300nm。其中，有源层的规格为800μm×800μm，源电极、漏电极的规格均为600μm×800μm。中间的有源层沟道规格为100μm×600μm。
本实施例的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层：
1.1取作为衬底的ITO导电玻璃，用去离子水、丙酮、酒精依次清洗后，备用；
1.2将乙醇与乙醇胺按照体积比为2:1的比例混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆加入所述溶剂中，在45℃条件下磁力搅拌5h，待乙酰丙酮锆完全溶解，制成浓度为0.2mol/L的乙酰丙酮锆溶液；
1.3将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，取所得乙酰丙酮锆溶液滴在衬底上面，迅速打开匀胶机，在转速为800r/min低转速和4300r/min高转速情况下分别转动匀胶10s和45s，后将匀胶完毕的薄膜进行退火，即在250℃空气中保温50min，自动降温，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；(此处可根据需要重复匀胶和退火的操作，以获得需要厚度的二氧化锆薄膜)
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层：
2.1将半成品A安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上，InZnO陶瓷靶材纯度在99.9％，靶材和衬底的距离在15cm，开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，开启分子泵将真空室抽到10-5Pa；清洗通气管道，除去管道中的残留气体；
2.2向真空室通入高纯氧气和高纯氩气，使氧气和氩气的流量比为10:30(氧气的流量为10SCCM，氩气的流量为30SCCM)，调节流量计使真空室压强控制在10Pa；
2.3打开射频控制电源，进行预溅射20min后，控制磁控溅射的功率在150W，磁控溅射获得InZnO薄膜厚度为200nm，得半成品B；
3)采用磁控溅射法在所得半成品B上制备源电极、漏电极：
3.1将半成品B安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后并将其装入设备真空室的样品架上，溅射用InZnO陶瓷靶材以及靶材与衬底距离与制备有源层一致；开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，开启分子泵将真空室抽到10-5Pa；清洗通气管道，除去管道中的残留气体；
3.2向真空室通入高纯氩气，调节流量计使真空室压强控制在10Pa；
3.3打开射频控制电源，进行预溅射20min后，控制磁控溅射的功率在100W，磁控溅射获得InZnO薄膜电极厚度为300nm，即得所述栅压控制的透明场效应紫外探测器。
实施例2
本实施例的栅压控制的透明场效应紫外探测器，为底栅顶电极结构，具体结构同实施例1。其中，所述透明InZnO膜为氧化铟掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明InZnO膜中，氧化铟的质量百分含量为1％，余量为氧化锌。
所述栅电极绝缘层的厚度为200nm；所述有源层的厚度为100nm；所述源电极、漏电极的厚度为200nm。
本实施例的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层：
1.1取作为衬底的ITO导电玻璃，用去离子水、丙酮、酒精依次清洗后，备用；
1.2将乙醇与乙醇胺按照体积比为1:1的比例混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆加入所述溶剂中，在45℃条件下磁力搅拌5h，待乙酰丙酮锆完全溶解，制成浓度为0.1mol/L的乙酰丙酮锆溶液；
1.3将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，取所得乙酰丙酮锆溶液滴在衬底上面，迅速打开匀胶机，设定转速为500r/min低转速和4000r/min高转速情况下分别转动匀胶5s和40s，以获得均匀的胶体薄膜，将薄膜进行退火，即在240℃空气中保温60min，自动降温，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；(此处可根据需要重复匀胶和退火的操作，以获得需要厚度的二氧化锆薄膜)
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层：
2.1将半成品A安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上，InZnO陶瓷靶材纯度在99.9％，靶材和衬底的距离在15cm，开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，开启分子泵将真空室抽到10-5Pa；清洗通气管道，除去管道中的残留气体；
2.2向真空室通入高纯氧气和高纯氩气，使氧气和氩气的流量比为3:30(氧气的流量为3SCCM，氩气的流量为30SCCM)，调节流量计使真空室压强控制在1Pa；
2.3打开射频控制电源，进行预溅射10min后，控制磁控溅射的功率在60W，磁控溅射获得InZnO薄膜厚度为100nm，得半成品B；
3)采用磁控溅射法在所得半成品B上制备源电极、漏电极：
3.1将半成品B安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上，溅射用InZnO陶瓷靶材以及靶材与衬底距离与制备有源层一致；开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，开启分子泵将真空室抽到10-5Pa；清洗通气管道，除去管道中的残留气体；
3.2向真空室通入高纯氩气，调节流量计使真空室压强控制在1Pa；
3.3打开射频控制电源，进行预溅射10min后，控制磁控溅射的功率在60W，磁控溅射获得InZnO薄膜电极厚度为200nm，即得所述栅压控制的透明场效应紫外探测器。
实施例3
本实施例的栅压控制的透明场效应紫外探测器，为底栅顶电极结构，具体结构同实施例1。其中，所述透明InZnO膜为氧化铟掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明InZnO膜中，氧化铟的质量百分含量为10％，余量为氧化锌。
所述栅电极绝缘层的厚度为250nm；所述有源层的厚度为150nm；所述源电极、漏电极的厚度为250nm。
本实施例的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层：
1.1取作为衬底的ITO导电玻璃，用去离子水、丙酮、酒精依次清洗后，备用；
1.2将乙醇与乙醇胺按照体积比为1.5:1的比例混合制成溶剂，将乙酰丙酮锆加入所述溶剂中，在45℃条件下磁力搅拌5h，待乙酰丙酮锆完全溶解，制成浓度为0.15mol/L的乙酰丙酮锆溶液；
1.3将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜(ITO栅电极)的一侧向上放置，取乙酰丙酮锆溶液滴在衬底上面，迅速打开匀胶机，在转速为800r/min低转速和4000r/min高转速情况下分别转动匀胶8s和40s，以获得均匀的胶体薄膜，后将匀胶完毕的薄膜进行退火，即在270℃空气中保温40min，自动降温，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；(此处可根据需要重复匀胶和退火的操作，以获得需要厚度的二氧化锆薄膜)
2)采用磁控溅射法在所得半成品A的栅电极绝缘层上制备有源层：
2.1将半成品A安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上，InZnO陶瓷靶材纯度在99.9％，靶材和衬底的距离在15cm，开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，开启分子泵将真空室抽到10-5Pa；清洗通气管道，除去管道中的残留气体；
2.2向真空室通入高纯氧气和高纯氩气，使氧气和氩气的流量比为5:30(氧气的流量为5SCCM，氩气的流量为30SCCM)，调节流量计使真空室压强控制在5Pa；
2.3打开射频控制电源，进行预溅射15min后，控制磁控溅射的功率在80W，磁控溅射获得InZnO薄膜厚度为150nm，得半成品B；
3)采用磁控溅射法在所得半成品B上制备源电极、漏电极：
3.1将半成品B安装掩膜版后固定在专用样品托上，然后将其装入设备真空室的样品架上，溅射用InZnO陶瓷靶材以及靶材与衬底距离与制备有源层一致；开启机械泵对真空室预抽到10Pa以下，开启分子泵将真空室抽到10-5Pa；清洗通气管道，除去管道中的残留气体；
3.2向真空室通入高纯氩气，调节流量计使真空室压强控制在5Pa；
3.3打开射频控制电源，进行预溅射15min后，控制磁控溅射的功率在80W，磁控溅射获得InZnO薄膜电极厚度为250nm，即得所述栅压控制的透明场效应紫外探测器。
实验例
本实验例对实施例1所得栅压控制的透明场效应紫外探测器进行检测，即引出所得紫外探测器的源、漏、栅电极并对器件进行透过和光电测试。
该器件以及组成器件各组分薄膜的透过率测试结果如图3所示。从图3可以看出，整体器件和所有组分薄膜均有很好的透过性，整体透过率在90％以上。实验结果表明，本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器可以充分透过光照，适合做一些全透明器件应用。
在源漏电压2V的条件下进行栅极电压和源漏电流紫外光电测试，结果如图4所示。从图4可以看出，在365nm的紫外光照辐射下，源漏电极的光照电流有所增加，当辐照距离的不同所表现出不同的源漏电流，随着辐射量的增加呈现出的暗电流和光照电流的变化值差别越大，说明本发明的栅压控制的透明场效应紫外探测器具有良好的响应特性。同时，可以选择不同的栅压控制进行紫外探测，不同的辐射强度表现出较大差别的光生电流，也表明该器件具有较好的紫外探测能力。

Claims (7)

1.一种栅压控制的透明场效应紫外探测器，其特征在于：包括：
衬底，为ITO导电玻璃；所述ITO导电玻璃上层ITO导电膜为ITO栅电极；
栅电极绝缘层，为透明ZrO2膜，位于所述ITO栅电极上；
有源层，为透明InZnO膜，位于所述栅电极绝缘层上；
源电极、漏电极，均为透明InZnO膜，分别与所述有源层连接；
所述栅电极绝缘层的厚度为200～300nm；所述有源层的厚度为100～200nm；
所述栅压控制的透明场效应紫外探测器是由包括下列步骤的方法制备的：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层，得半成品A：
2)采用磁控溅射法在所得半成品A上制备有源层，得半成品B：
3)采用磁控溅射法在所得半成品B上制备源电极、漏电极，即得；
步骤1)中，采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层，具体为：将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；所述匀胶成膜的具体操作为：将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜的一侧向上放置，取乙酰丙酮锆溶液置于ITO栅电极上，打开匀胶机，在转速为500～800r/min低转速和4000～4300r/min高转速情况下分别转动匀胶5～10s和40～45s，以使获得的胶体薄膜分布均匀；所述退火的温度为240～300℃，保温时间为40～60min。
2.根据权利要求1所述的栅压控制的透明场效应紫外探测器，其特征在于：所述透明InZnO膜为氧化铟掺杂氧化锌透明导电氧化物膜；所述透明InZnO膜中，氧化铟的质量百分含量为1％～10％，余量为氧化锌。
3.一种如权利要求1所述的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层，得半成品A；
2)采用磁控溅射法在所得半成品A上制备有源层，得半成品B：
3)采用磁控溅射法在所得半成品B上制备源电极、漏电极，即得；
步骤1)中，采用溶胶凝胶法制备栅电极绝缘层，具体为：将乙酰丙酮锆溶液在ITO导电玻璃上匀胶成膜，后退火，制得具有栅电极绝缘层的半成品A；所述匀胶成膜的具体操作为：将清洗好的ITO导电玻璃放在匀胶机上，带有ITO导电层薄膜的一侧向上放置，取乙酰丙酮锆溶液置于ITO栅电极上，打开匀胶机，在转速为500～800r/min低转速和4000～4300r/min高转速情况下分别转动匀胶5～10s和40～45s，以使获得的胶体薄膜分布均匀；所述退火的温度为240～300℃，保温时间为40～60min。
4.根据权利要求3所述的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，其特征在于：所述乙酰丙酮锆溶液中，乙酰丙酮锆的浓度为0.1～0.2mol/L；所述乙酰丙酮锆溶液中，所用的溶剂为乙醇与乙醇胺的混合液。
5.根据权利要求3所述的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，其特征在于：步骤2)和3)中，所述磁控溅射法均包括下列步骤：
a)将衬底安装掩膜版后置于真空室中，将真空室抽真空；
b)向真空室内通入氧气与氩气的混合气体或氩气，使真空室内压强为1～10Pa；
c)开启射频电源进行磁控溅射。
6.根据权利要求3或5所述的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射法制备有源层时，通入真空室的气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为3～10:30；磁控溅射的功率为60～150W。
7.根据权利要求3或5所述的栅压控制的透明场效应紫外探测器的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射法制备源电极、漏电极时，通入真空室的气体为氩气；磁控溅射的功率为60～150W。
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KR101344483B1 (ko) * 2007-06-27 2013-12-24 삼성전자주식회사 박막 트랜지스터
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