CN106356421B - 基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法 - Google Patents
基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106356421B CN106356421B CN201610910686.7A CN201610910686A CN106356421B CN 106356421 B CN106356421 B CN 106356421B CN 201610910686 A CN201610910686 A CN 201610910686A CN 106356421 B CN106356421 B CN 106356421B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- nio
- film
- prepared
- substrate
- 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.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- QCDFBFJGMNKBDO-UHFFFAOYSA-N Clioquinol Chemical compound C1=CN=C2C(O)=C(I)C=C(Cl)C2=C1 QCDFBFJGMNKBDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 56
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 35
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 17
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 17
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 16
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 15
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 5
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 5
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 125000005909 ethyl alcohol group Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims description 5
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 lanthanum aluminate Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 claims 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 95
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 39
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 39
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 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
- H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
-
- 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
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
一种基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法，属于半导体紫外光电探测技术领域。从下至上依次由衬底、采用溶胶‑凝胶法在衬底上制备的纳米TiO2薄膜、采用蒸镀法在纳米TiO2薄膜上制备的一对Au引线点、采用蒸镀法及控制氧化法在纳米TiO2薄膜表面和Au引线点上制备的Au/Ni叉指电极、采用蒸镀法及控制氧化法在TiO2薄膜表面和Au/Ni叉指电极上制备的NiO薄膜构成，其中NiO薄膜的厚度为20～60nm。叉指电极间形成垂直于器件导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结，在暗态下空间电荷区较宽，器件传输沟道较窄，有效限制暗电流；在紫外光照下，P‑N结内建电场减弱，空间电荷区变窄，光控传输沟道变宽，实现器件的高光电流。
Description
技术领域
本发明属于紫外光电探测技术领域，具体涉及一种基于垂直导电方向的 TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法。
背景技术
高灵敏度紫外光电探测器在光波通信、远程控制、环境监测和光电子电路等领域有着广泛的应用。近年来，多种宽禁带氧化物半导体材料，如TiO2、ZnO、 SnO2和NiO等，基于其光谱选择性、化学及热稳定等性质，已被深入研究并应用于紫外探测技术领域。目前，应用这些感光材料的紫外探测元件多采用金属- 半导体-金属结构，基于该结构的器件优势明显，其制备工艺简单且更适合集成于平面电路。该结构较小的内部电容使器件具有较快的响应速度，金-半接触所形成势垒也可以有效限制器件的暗电流和噪声。因此，基于金属-半导体-金属结构的氧化物宽禁带半导体紫外探测器一度成为研究热点。
随着科技不断发展，各应用领域对紫外探测器的响应度和探测灵敏度等性能参数的要求日益提升。目前已被研制出的基于氧化物薄膜紫外探测器，虽然已经展现出一定的光电探测性能，然而，单一材料器件逐渐无法满足各领域对更高紫外探测性能的需求，器件在暗电流和光响应度等方面需要有所突破。因此，在常见氧化物感光材料和主流器件结构的基础上，利用合理、简便的方法，在复合材料制备以及器件物理机制等方面进行改进和创新，以实现器件综合性能的提升，已成为紫外探测技术领域研究的热点和主流方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法。
在Au/Ni叉指电极间制备出垂直于导电方向的TiO2-NiO异质P-N结，其中 Au/Ni电极和NiO薄膜通过控制Ni氧化速度的方法在TiO2薄膜表面直接一步合成，即在蒸镀好的Ni层表面蒸镀一层不成膜的超薄Au层，Au层为叉指形状。在进行氧化反应时，叉指结构间完全露出的Ni薄膜全部被氧化为NiO，而有Au 层覆盖的Ni薄膜氧化速度相对较慢，Ni从不成膜Au层的间隙中氧化成NiO并渗出到Au表面形成完整的NiO薄膜(将Au层完全覆盖)。因此，通过控制反应时间，氧化结束后便可在TiO2薄膜表面留下Au/Ni叉指电极及覆盖其上面的NiO薄膜。
本发明所述的基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：从下至上依次由衬底、采用溶胶-凝胶法在衬底上制备的纳米TiO2薄膜、采用蒸镀法在纳米TiO2薄膜上制备的一对Au引线点、采用蒸镀法及控制氧化法在纳米TiO2薄膜表面和Au引线点上制备的Au/Ni叉指电极、采用蒸镀法及控制氧化法在TiO2薄膜表面和Au/Ni叉指电极上制备的NiO 薄膜构成；其中，衬底的厚度为0.5～1.5mm，纳米TiO2薄膜的厚度为40～60nm， Au引线点的厚度为20～30nm，每个面积为0.04～0.06mm2，Au/Ni叉指电极的厚度为15～25nm，电极长度、电极间距、电极宽度分别为0.8～1.2mm、10～30μm、10～30μm，NiO薄膜的厚度为20～60nm。器件的结构示意图如图1所示。
基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其主要工作原理为：叉指电极间TiO2材料和NiO材料接触时形成异质P-N 结，其内建电场方向垂直于器件的导电方向，在暗态时，由于P-N结的空间电荷区导电性差，器件的传输沟道仅为TiO2和NiO体内的平衡区，空间电荷区较宽，传输沟道较窄，器件的导电性较差，有效限制了器件的暗电流。在紫外光照下，TiO2和NiO体内都将产生光生载流子，在P-N结附近NiO产生的光生电子流向TiO2，同时TiO2的光生空穴流向NiO。此时P-N结的内建电场被减弱，空间电荷区变窄，平衡区变宽，增加了器件传输沟道的宽度，实现器件的高光电流和响应度。因此，器件的传输沟道可通过入射紫外光控制其宽度，以提升器件的综合性能。对于器件中的NiO层，其厚度由制备器件过程中蒸镀Ni层的厚度所决定，而NiO层厚度的选择将直接影响器件的性能。若NiO层过薄，光照下在其体内将难以产生较宽的传输沟道；若NiO层过厚，由其上方入射的紫外光将无法达到足够深度使P-N结产生大量光生载流子，导致器件的光响应不足。
本发明所述的基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器的制备流程图如图2所示，具体操作步骤如下：
(1)清洗衬底
通过超声清洗法，将衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～15 分钟，然后烘干；
(2)制备TiO2薄膜
首先制备TiO2溶胶：在室温条件下，向60～100mL无水乙醇中依次加入 5～10mL钛酸四丁酯、5～10mL冰醋酸、5～10mL乙酰丙酮和5～10mL去离子水并持续搅拌，直至得到黄色透明胶体，静置陈化12～15小时；
在清洗后的衬底表面制备TiO2薄膜：用旋涂的方法在衬底表面形成TiO2溶胶薄膜，旋涂转速为1500～3000转/分钟，旋涂时间为20～30秒；然后于80～120℃条件下烘干10～15分钟，衬底冷却至室温后重复旋涂和烘干步骤2～5次，最后将 TiO2溶胶薄膜连同衬底高温烧结，烧结温度为450～650℃，烧结时间为1～3小时，最终在衬底表面得到纳米TiO2薄膜，厚度为40～60nm；
(3)制备Au引线点
利用带有引线点镂空图形的模板，采用高温蒸镀法在TiO2薄膜表面制备一对Au引线点。模板上的镂空图形为两个对称设置的正方形，每个的面积为 0.04～0.06mm2，两个正方形相邻两边的间隔为1.2～1.6mm；在TiO2表面制得的 Au引线点与模板上镂空图形一致，蒸镀Au引线点的厚度为20～30nm；
(4)制备Ni薄膜
在TiO2薄膜表面通过高温蒸镀法制备金属Ni薄膜，Ni薄膜覆盖一部分Au 引线点，Ni薄膜的厚度为20～60nm；
(5)制备叉指状超薄Au层
首先在Ni薄膜表面旋涂一层厚度为0.5～1μm的正型光刻胶薄膜，旋涂转速为800～1500转/分，旋涂时间为20～30秒，再于80～100℃温度下前烘10～20分钟；将与Au叉指电极结构互补的光刻掩膜板放在光刻胶薄膜上，经过紫外曝光并显影，然后100～120℃后烘处理10～20分钟，得到具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜，叉指窗口内露出Ni薄膜；再采用高温蒸镀法在该具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜上制备超薄Au层，厚度为4～8nm，然后将衬底放入丙酮中超声10～20 秒进行剥离处理，未曝光的光刻胶连同其上的Au层被剥离，洗去丙酮并吹干，留下叉指状超薄Au层，叉指长度、间距、宽度分别为0.8～1.2mm、10～30μm、 10～30μm。
(6)制备NiO薄膜和Au/Ni电极
将基片放入管式炉中，通入氧气流量为30～50sccm，400～600℃退火5～15分钟，在空气中自然冷却至室温；无Au层覆盖的Ni薄膜全部被氧化成NiO，有叉指状超薄Au层覆盖的Ni薄膜，Ni氧化速度较慢，氧化后生成的NiO从不成膜Au层的间隙中渗出并在Au层表面形成NiO薄膜；控制氧化反应时间，使 Au层下的Ni薄膜不完全被氧化，剩余的Ni与Au共同组成叉指Au/Ni电极，最终得到本发明所述的基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器。
附图说明
图1：本发明所涉及器件的结构示意图。
图2：本发明所涉及器件的制备流程图。
图3：本发明所涉及器件(NiO薄膜厚度为20nm)的电流电压特性曲线。
图4：本发明所涉及器件(NiO薄膜厚度为40nm)的电流电压特性曲线。
图5：本发明所涉及器件(NiO薄膜厚度为60nm)的电流电压特性曲线。
如图1所示，各部件名称为衬底1、纳米TiO2薄膜2、Au/Ni电极3、NiO 薄膜4、Au引线点5；在测试器件光电流时，波长310nm、光强30μW/cm2的紫外光从上方垂直照向器件。
如图2所示，器件制备的主要6个步骤与图中(1)至(6)相对应。
如图3所示，器件中NiO层的厚度为20nm时，在5V偏压下，该器件的光电流为11.34μA，暗电流为1.15nA，光暗电流比为9.86×103。
如图4所示，器件中NiO层的厚度为40nm时，在5V偏压下，该器件的光电流为49.93μA，暗电流为1.07nA，光暗电流比为4.67×104。
如图5所示，器件中NiO层的厚度为60nm时，在5V偏压下，该器件的光电流为28.80μA，暗电流为1.03nA，光暗电流比为2.80×104。
具体实施方式
实施例1：
通过超声清洗法，将尺寸为10mm×10mm×1mm的铝酸镧基片衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗10分钟，然后烘干。
采用溶胶-凝胶法在衬底上制备TiO2薄膜。首先制备TiO2溶胶：在室温条件下，向90mL无水乙醇中依次加入10mL钛酸四丁酯、10mL冰醋酸、10mL乙酰丙酮和10mL去离子水并持续搅拌，直至得到黄色透明胶体，静置陈化15小时。用旋涂法在衬底表面形成TiO2溶胶薄膜，旋涂转速为2500转/分钟，旋涂时间为 25秒；然后于90℃条件下烘干15分钟，衬底冷却至室温后重复旋涂和烘干步骤 3次，最后将TiO2溶胶薄膜连同衬底高温烧结，烧结温度为450℃，烧结时间为 2小时，最终在衬底表面得到纳米TiO2薄膜，厚度为45nm。
采用高温蒸镀法在TiO2薄膜表面制备一对Au引线点。将带有引线点镂空图形的不锈钢蒸镀模板与基片贴合(模板上的镂空图形为两个对称设置的正方形，每个面积为0.04mm2，两个正方形相邻两边的间隔为1.2mm)，然后放入高温真空蒸镀仪的蒸镀仓中，用分子泵对蒸镀仓进行抽真空操作，待仓内真空度降至5 ×10-4Pa以下时，对Au蒸发源施加电流以对其进行加热，Au受热蒸发，蒸发电流为100A，蒸镀时间5分钟。完成Au层的蒸镀后取下模板，在TiO2表面制得 Au引线点与模板上的镂空图形一致，即面积为0.04mm2的两个相距1.2mm的正方形引线点，蒸镀Au的厚度为25nm。
通过蒸镀法制备Ni薄膜。将基片放入蒸镀仓内，抽真空至5×10-4Pa以下，控制蒸发电流为120A，蒸发时间10分钟。在TiO2薄膜表面制备的金属Ni薄膜覆盖一部分Au引线点，另一部分Au引线点露出，用于连接导线；Ni薄膜的厚度为20nm。
通过光刻技术和高温蒸镀法在Ni薄膜表面制备叉指状超薄Au层。首先在 Ni薄膜表面旋涂一层厚度为0.5μm的BP212正型光刻胶薄膜，旋涂转速为1500 转/分，旋涂时间为30秒，再于80℃温度下前烘20分钟；将与Au叉指电极结构互补的光刻掩膜板放在光刻胶上，经过紫外曝光并采用正型光刻胶显影液进行显影，然后120℃后烘处理20分钟，得到具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜，叉指窗口内露出Ni薄膜。采用高温蒸镀法制备不成膜的超薄Au层，蒸发真空度达到5×10-4Pa以下，蒸发电流为100A，蒸镀时间1.5分钟，制备的Au层厚度为7nm。蒸镀完成后，在镂空叉指窗口内得到Au层，再将衬底放入丙酮中超声 15秒进行剥离处理，未曝光的光刻胶连同其上的Au层被剥离，洗去丙酮并吹干，留下叉指状超薄Au层，叉指长度、间距、宽度分别为1mm、20μm、20μm。
将基片放入管式炉中，通入氧气流量为45sccm，500℃退火5分钟，在空气中自然冷却至室温。无Au层覆盖的Ni薄膜全部被氧化成NiO，厚度为20nm，有Au层覆盖的Ni薄膜，Ni氧化速度较慢，氧化后生成的NiO从不成膜Au层的间隙中渗出并在Au层表面形成NiO薄膜。控制氧化反应时间，使Au层下的 Ni薄膜不完全被氧化，剩余的Ni与Au共同组成叉指Au/Ni电极，器件制备完成。
NiO厚度为20nm的器件制备完成后，对该器件进行光、暗电流-电压特性测试。在暗态时，5V偏压下器件的暗电流为1.15nA；在波长310nm，光强30μW/cm2的紫外光照射下，5V偏压下器件的光电流为11.34μA，该器件的光暗电流比为 9.86×103。
实施例2：
通过超声清洗法，将尺寸为10mm×10mm×1mm的铝酸镧基片衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗10分钟，然后烘干。
采用溶胶-凝胶法在衬底上制备TiO2薄膜。首先制备TiO2溶胶：在室温条件下，向90mL无水乙醇中依次加入10mL钛酸四丁酯、10mL冰醋酸、10mL乙酰丙酮和10mL去离子水并持续搅拌，直至得到黄色透明胶体，静置陈化15小时。用旋涂法在衬底表面形成TiO2溶胶薄膜，旋涂转速为2500转/分钟，旋涂时间为 25秒；然后于90℃条件下烘干15分钟，衬底冷却至室温后重复旋涂和烘干步骤 3次，最后将TiO2溶胶薄膜连同衬底高温烧结，烧结温度为450℃，烧结时间为 2小时，最终在衬底表面得到纳米TiO2薄膜，厚度为45nm。
采用高温蒸镀法在TiO2薄膜表面制备一对Au引线点。将带有引线点镂空图形的不锈钢蒸镀模板与基片贴合(模板上的镂空图形为两个对称设置的正方形，每个面积为0.04mm2，两个正方形相邻两边的间隔为1.2mm)，然后放入高温真空蒸镀仪的蒸镀仓中，用分子泵对蒸镀仓进行抽真空操作，待仓内真空度降至5 ×10-4Pa以下时，对Au蒸发源施加电流以对其进行加热，Au受热蒸发，蒸发电流为100A，蒸镀时间5分钟。完成Au层的蒸镀后取下模板，在TiO2表面制得 Au引线点与模板上的镂空图形一致，即面积为0.04mm2的两个相距1.2mm的正方形引线点，蒸镀Au的厚度为25nm。
通过蒸镀法制备Ni薄膜。将基片放入蒸镀仓内，抽真空至5×10-4Pa以下，控制蒸发电流为120A，蒸发时间20分钟。在TiO2薄膜表面制备的金属Ni薄膜覆盖一部分Au引线点，另一部分Au引线点露出，用于连接导线；Ni薄膜的厚度为40nm。
通过光刻技术和高温蒸镀法在Ni薄膜表面制备叉指状超薄Au层。首先在 Ni薄膜表面旋涂一层厚度为0.5μm的BP212正型光刻胶薄膜，旋涂转速为1500 转/分，旋涂时间为30秒，再于80℃温度下前烘20分钟；将与叉指电极结构互补的光刻掩膜板放在光刻胶上，经过紫外曝光并采用正型光刻胶显影液进行显影，然后120℃后烘处理20分钟，得到具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜，叉指窗口内露出Ni薄膜。采用高温蒸镀法制备不成膜的超薄Au层，蒸发真空度达到5×10-4Pa以下，蒸发电流为100A，蒸镀时间1.5分钟，制备的Au层厚度为7nm。蒸镀完成后，在镂空叉指窗口内得到Au层，再将衬底放入丙酮中超声15 秒进行剥离处理，未曝光的光刻胶连同其上的Au层被剥离，洗去丙酮并吹干，留下叉指状超薄Au层，叉指长度、间距、宽度分别为1mm、20μm、20μm。
将基片放入管式炉中，通入氧气流量为45sccm，500℃退火10分钟，在空气中自然冷却至室温。无Au层覆盖的Ni薄膜全部被氧化成NiO，厚度为40nm，有Au层覆盖的Ni薄膜，Ni氧化速度较慢，氧化后生成的NiO从不成膜Au层的间隙中渗出并在Au层表面形成NiO薄膜。控制氧化反应时间，使Au层下的 Ni薄膜不完全被氧化，剩余的Ni与Au共同组成叉指Au/Ni电极，器件制备完成。
NiO厚度为40nm的器件制备完成后，对该器件进行光、暗电流-电压特性测试。在暗态时，5V偏压下器件的暗电流为1.07nA；在波长310nm，光强30μW/cm2的紫外光照射下，5V偏压下器件的光电流为49.93μA，该器件的光暗电流比为 4.67×104。
实施例3：
通过超声清洗法，将尺寸为10mm×10mm×1mm的铝酸镧基片衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗10分钟，然后烘干。
采用溶胶-凝胶法在衬底上制备TiO2薄膜。首先制备TiO2溶胶：在室温条件下，向90mL无水乙醇中依次加入10mL钛酸四丁酯、10mL冰醋酸、10mL乙酰丙酮和10mL去离子水并持续搅拌，直至得到黄色透明胶体，静置陈化15小时。用旋涂法在衬底表面形成TiO2溶胶薄膜，旋涂转速为2500转/分钟，旋涂时间为 25秒；然后于90℃条件下烘干15分钟，衬底冷却至室温后重复旋涂和烘干步骤 3次，最后将TiO2溶胶薄膜连同衬底高温烧结，烧结温度为450℃，烧结时间为 2小时，最终在衬底表面得到纳米TiO2薄膜，厚度为45nm。
采用高温蒸镀法在TiO2薄膜表面制备一对Au引线点。将带有引线点镂空图形的不锈钢蒸镀模板与基片贴合(模板上的镂空图形为两个对称设置的正方形，每个面积为0.04mm2，两个正方形相邻两边的间隔为1.2mm)，然后放入高温真空蒸镀仪的蒸镀仓中，用分子泵对蒸镀仓进行抽真空操作，待仓内真空度降至5 ×10-4Pa以下时，对Au蒸发源施加电流以对其进行加热，Au受热蒸发，蒸发电流为100A，蒸镀时间5分钟。完成Au层的蒸镀后取下模板，在TiO2表面制得 Au引线点与模板上的镂空图形一致，即面积为0.04mm2的两个相距1.2mm的正方形引线点，蒸镀Au的厚度为25nm。
通过蒸镀法制备Ni薄膜。将基片放入蒸镀仓内，抽真空至5×10-4Pa以下，控制蒸发电流为120A，蒸发时间30分钟。在TiO2薄膜表面制备的金属Ni薄膜覆盖一部分Au引线点，另一部分Au引线点露出，用于连接导线；Ni薄膜的厚度为60nm。
通过光刻技术和高温蒸镀法在Ni薄膜表面制备叉指状超薄Au层。首先在 Ni薄膜表面旋涂一层厚度为0.5μm的BP212正型光刻胶薄膜，旋涂转速为1500 转/分，旋涂时间为30秒，再于80℃温度下前烘20分钟；将与叉指电极结构互补的光刻掩膜板放在光刻胶上，经过紫外曝光并采用正型光刻胶显影液进行显影，然后120℃后烘处理20分钟，得到具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜，叉指窗口内露出Ni薄膜。采用高温蒸镀法制备不成膜的超薄Au层，蒸发真空度达到5×10-4Pa以下，蒸发电流为100A，蒸镀时间1.5分钟，制备的Au层厚度为7nm。蒸镀完成后，在镂空叉指窗口内得到Au层，再将衬底放入丙酮中超声15 秒进行剥离处理，未曝光的光刻胶连同其上的Au层被剥离，洗去丙酮并吹干，留下叉指状超薄Au层，叉指长度、间距、宽度分别为1mm、20μm、20μm。
将基片放入管式炉中，通入氧气流量为45sccm，500℃退火15分钟，在空气中自然冷却至室温。无Au层覆盖的Ni薄膜全部被氧化成NiO，厚度为60nm，有Au层覆盖的Ni薄膜，Ni氧化速度较慢，氧化后生成的NiO从不成膜Au层的间隙中渗出并在Au层表面形成NiO薄膜。控制氧化反应时间，使Au层下的 Ni薄膜不完全被氧化，剩余的Ni与Au共同组成叉指Au/Ni电极，器件制备完成。
NiO厚度为60nm的器件制备完成后，对该器件进行光、暗电流-电压特性测试。在暗态时，5V偏压下器件的暗电流为1.03nA；在波长310nm，光强30μW/cm2的紫外光照射下，5V偏压下器件的光电流为28.80μA，该器件的光暗电流比为 2.80×104。
Claims (5)
1.一种基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：从下至上依次由衬底、采用溶胶-凝胶法在衬底上制备的纳米TiO2薄膜、采用蒸镀法在纳米TiO2薄膜上制备的一对Au引线点、采用蒸镀法及控制氧化法在纳米TiO2薄膜表面和Au引线点上制备的Au/Ni叉指电极、采用蒸镀法及控制氧化法在TiO2薄膜表面和Au/Ni叉指电极上制备的NiO薄膜构成，其中NiO薄膜的厚度为20～60nm。
2.如权利要求1所述的一种基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：衬底的厚度为0.5～1.5mm，纳米TiO2薄膜的厚度为40～60nm，Au引线点的厚度为20～30nm，每个面积为0.04～0.06mm2，Au/Ni叉指电极的厚度为15～25nm，电极长度、电极间距、电极宽度分别为0.8～1.2mm、10～30μm、10～30μm。
3.如权利要求1所述的一种基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器，其特征在于：衬底为铝酸镧片、钛酸锶片或氟化钙片。
4.权利要求1所述的一种基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器的制备方法，其步骤如下：
(1)清洗衬底
通过超声清洗法，将衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～15分钟，然后烘干；
(2)制备TiO2薄膜
用旋涂的方法在衬底表面形成TiO2溶胶薄膜，旋涂转速为1500～3000转/分钟，旋涂时间为20～30秒；然后于80～120℃条件下烘干10～15分钟，衬底冷却至室温后重复旋涂和烘干步骤2～5次，最后将TiO2溶胶薄膜连同衬底高温烧结，烧结温度为450～650℃，烧结时间为1～3小时，最终在衬底表面得到纳米TiO2薄膜；
(3)制备Au引线点
利用带有引线点镂空图形的模板，采用高温蒸镀法在TiO2薄膜表面制备一对Au引线点；模板上的镂空图形为两个对称设置的正方形，每个的面积为0.04～0.06mm2，两个正方形相邻两边的间隔为1.2～1.6mm；在TiO2表面制得的Au引线点与模板上镂空图形一致，蒸镀Au引线点的厚度为20～30nm；
(4)制备Ni薄膜
在TiO2薄膜表面通过高温蒸镀法制备金属Ni薄膜，Ni薄膜覆盖一部分Au引线点，Ni薄膜的厚度为20～60nm；
(5)制备叉指状超薄Au层
首先在Ni薄膜表面旋涂一层厚度为0.5～1μm的正型光刻胶薄膜，旋涂转速为800～1500转/分，旋涂时间为20～30秒，再于80～100℃温度下前烘10～20分钟；将与Au叉指电极结构互补的光刻掩膜板放在光刻胶薄膜上，经过紫外曝光并显影，然后100～120℃后烘处理10～20分钟，得到具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜，叉指窗口内露出Ni薄膜；再采用高温蒸镀法在该具有镂空叉指窗口的光刻胶薄膜上制备超薄Au层，厚度为4～8nm，然后将衬底放入丙酮中超声10～20秒进行剥离处理，未曝光的光刻胶连同其上的Au层被剥离，洗去丙酮并吹干，留下叉指状超薄Au层；
(6)制备NiO薄膜和Au/Ni电极
将基片放入管式炉中，通入氧气流量为30～50sccm，400～600℃退火5～15分钟，在空气中自然冷却至室温；无Au层覆盖的Ni薄膜全部被氧化成NiO，有叉指状超薄Au层覆盖的Ni薄膜，Ni氧化速度较慢，氧化后生成的NiO从不成膜Au层的间隙中渗出并在Au层表面形成NiO薄膜；控制氧化反应时间为5～15分钟，使Au层下的Ni薄膜不完全被氧化，剩余的Ni与Au共同组成叉指Au/Ni电极，最终得到基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器。
5.如权利要求4所述的一种基于垂直导电方向的TiO2-NiO异质P-N结所形成光控传输沟道的紫外探测器的制备方法，其特征在于：是在室温条件下，向60～100mL无水乙醇中依次加入5～10mL钛酸四丁酯、5～10mL冰醋酸、5～10mL乙酰丙酮和5～10mL去离子水并持续搅拌，直至得到黄色透明胶体，静置陈化12～15小时，得到TiO2溶胶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610910686.7A CN106356421B (zh) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | 基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610910686.7A CN106356421B (zh) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | 基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106356421A CN106356421A (zh) | 2017-01-25 |
| CN106356421B true CN106356421B (zh) | 2018-02-06 |
Family
ID=57863366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610910686.7A Active CN106356421B (zh) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | 基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106356421B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107808908B (zh) * | 2017-11-09 | 2019-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 基于稀土镍酸盐-铌掺杂钛酸锶的异质结材料及其传感器制备方法和应用 |
| CN108376716A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-07 | 无锡华亿投资有限公司 | 一种新型氧化镓基pin结构紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN109087960A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-12-25 | 大连民族大学 | 一种基于氧化钼微米带/氧化镍纳米材料异质结构的紫外/可见光响应器件 |
| CN111048604B (zh) * | 2019-12-17 | 2021-04-06 | 吉林大学 | 一种基于MgZnO/ZnSⅡ型异质结的紫外探测器及其制备方法 |
| CN111244202A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种ZnMgO紫外探测器及其制备方法 |
| CN111613662B (zh) * | 2020-05-27 | 2021-06-11 | 东北大学 | 偏压诱导共线反铁磁材料产生自旋极化电流的调控方法 |
| CN114597268B (zh) * | 2022-03-07 | 2023-04-07 | 中国科学院半导体研究所 | 光电探测器及其制备方法 |
| CN114649429A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-21 | 北京大学深圳研究生院 | 一种氧化镍基自偏压光电探测器及其制备方法和应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853894A (zh) * | 2010-04-14 | 2010-10-06 | 大连海事大学 | 一种纳米线异质结阵列基紫外光探测器及其制备方法 |
-
2016
- 2016-10-20 CN CN201610910686.7A patent/CN106356421B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853894A (zh) * | 2010-04-14 | 2010-10-06 | 大连海事大学 | 一种纳米线异质结阵列基紫外光探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Development of fast and sensitive ultraviolet photodetector using p-type NiO/n-type TiO2 heterostructures;K.Khun,Z.H.Ibupoto,M.Willander;《Phys.Status Solidi A》;20131023;2720-2724 * |
| Enhanced performance of a TiO2 ultraviolet detector modified with graphene oxide;Dezhong Zhang,Fuyi Jing et al.;《RSC Advances》;20150928;83795-83800 * |
| TiO2基异质结紫外探测器的研究;张德重;《吉林大学硕士学位论文》;20160601;30-49 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106356421A (zh) | 2017-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106356421B (zh) | 基于垂直导电方向的TiO2‑NiO异质P‑N结所形成光控传输沟道的紫外探测器及其制备方法 | |
| CN107342345B (zh) | 一种基于铁电栅介质和薄层二硫化钼沟道的光电晶体管 | |
| CN105742394B (zh) | 一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器及其制备方法 | |
| CN102509743B (zh) | 基于二氧化钛/钛酸锶异质结的紫外光探测器及制备方法 | |
| Mao et al. | Conformal MoS2/silicon nanowire array heterojunction with enhanced light trapping and effective interface passivation for ultraweak infrared light detection | |
| CN105552131A (zh) | 基于量子点掺杂栅绝缘层的新型高性能光调制薄膜晶体管 | |
| CN102163639A (zh) | TiO2-ZrO2复合氧化物薄膜紫外光探测器及其制备方法 | |
| Qi et al. | Bio-inspired antireflective hetero-nanojunctions with enhanced photoactivity | |
| CN106876515B (zh) | 薄膜晶体管结构可见盲光电探测器及其制备方法 | |
| CN105810828B (zh) | 基于PDHF/TiO2/PDHF双异质结型空穴增益紫外探测器及其制备方法 | |
| CN113410317B (zh) | 一种具有表面等离激元的二维材料异质结光电探测器及其制备方法 | |
| CN108630782B (zh) | 一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器的制备方法 | |
| CN104576789B (zh) | 氧化石墨烯作为阻挡层及隧穿层的探测器及其制备方法 | |
| CN109742178A (zh) | 一种透红外的高灵敏可见光探测器及其制备方法 | |
| Huang et al. | Easily processable Cu2O/Si self-powered photodetector array for image sensing applications | |
| JP2014063795A (ja) | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、及び電子機器 | |
| CN106057959A (zh) | 基于二氧化钛/钛酸锶异质结的紫外光探测器及制备方法 | |
| CN107123703A (zh) | 基于独立式二硫化锡纳米片的垂直光电探测器及制备方法 | |
| CN107808819A (zh) | 一种液态石墨烯应用于GaN基材料及器件的方法 | |
| CN109698279A (zh) | 基于二维材料/钙钛矿异质结的光电探测器 | |
| CN104659152A (zh) | 一种基于扭转双层石墨烯的光电探测器及其制备方法 | |
| Rabha et al. | Pyro-phototronics mediated ultraviolet visible radiation sensing in Al/nanostructured porous silicon multilayered Schottky photovoltaic device | |
| Hsiao et al. | Effects of cesium content on the triple-cation lead halide perovskite photodetectors with enhanced detectivity and response time | |
| US9786855B2 (en) | Micro electro mechanical system (MEMS) based wide-band polymer photo-detector | |
| Yang et al. | Boosted Photocurrent via Heating BiFeO3 Thin Film for UV Photodetector at Wide Temperature Range |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200804 Address after: Room 1-73, No.2, linxiejiayuanzi group, zaojueshu village, Fenghuang Town, Shapingba District, Chongqing Patentee after: Chongqing yumicroelectronics Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 130012 Changchun Qianjin Street, Jilin, No. 2699 Patentee before: Jilin University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |