CN113299789A - 一种日盲紫外光电探测器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种底栅结构日盲紫外光电探测器，包括衬底，栅电极、栅介质层、沟道层、覆盖层、源电极和漏电极，其中，衬底表面形成栅电极，栅电极表面形成栅介质层，栅介质层表面形成沟道层，沟道层表面分别形成覆盖层、源电极和漏电极，且源电极和漏电被覆盖层隔开；本发明还公开了一种顶栅结构日盲紫外光电探测器，衬底表面形成覆盖层，覆盖层表面形成沟道层，沟道层表面分别形成栅介质层，漏电极和源电极，且漏电极和源电极被栅介质层隔开，栅介质层表面形成栅电极，且不与源电极、漏电极相连。上述日盲紫外光电探测器具有较高的光谱选择性。本发明还公开了一种日盲紫外光电探测器在可穿戴材料中的应用，可更为方便地探测日盲紫外光。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种日盲紫外光电探测器及其应用。
背景技术
紫外线的波长较短，其波长范围在10-400nm之间，按照波长从长到短一般将紫外线分为四个波段，UV-A、UV-B、UV-C、UVV。其中波长小于280nm的紫外光被称为“日盲紫外线”，在进入大气层时被臭氧层、水蒸气颗粒物吸收，所以日盲紫外探测可以消除干扰的顾虑，实现高效精准的探测，使其不仅在国防领域而且在电网安全监测、医学成像、环境与生化检测、森林火灾告警等民生领域均有广泛的应用需求。
目前，较常研究的日盲紫外探测材料有金刚石、AlGaN、ZnMgO和Ga2O3等典型的第三代半导体材料。然而由于相结构、晶格匹配等问题，高质量的日盲紫外探测金刚石、AlGaN和ZnMgO材料制备难度较高，大大限制了日盲紫外探测器的发展。氧化镓是已知的物理化学性质最为稳定的氧化物之一，具有大的光学直接带隙(可至4.9eV)、高丰度(中国镓储量全球第一)等诸多优势，是一种非常理想的日盲紫外探测材料。氧化镓材料还常被用于透明导电电极、阻变存储器和O2，H2，CO等还原性气体的气敏传感器中。
传统的半导体紫外探测器大多采用肖特基结型的两端器件，当光照射半导体时须通过金属电极入射或透明衬底背面入射，入射光损失较大，需使用减反射层才能使大部分光吸收在表面结附近。与上述的两端探测器相比，薄膜晶体管型三端紫外探测器具有光电流的自放大效应，可实现高探测灵敏度、低功耗和高集成度，且随着柔性电子器件的蓬勃发展，更加扩宽了光电晶体管的应用范围，如电子皮肤、可穿戴式光电探测器等，但是其依然存在制备成本高，工艺复杂，光谱选择性差等问题。
光电探测器的工作原理是材料吸收光子能量后，内部产生新的电子-空穴对，器件的性能势必与光电导有着密切的联系。其中吸收率与光电导呈正相关，而吸收率又与器件结构有关，因此可通过引入光谱调制的功能减少器件对日盲光的反射率，同时增加其对近、远紫外光和可见光的反射率，进而增加器件对日盲光的吸收率，减少其对近、远紫外光和可见光的吸收率，最终提高探测器的光谱选择性。
然而，在紫外探测器的已有报道中人们对于光谱选择的提及仍然较少，且大多集中在日盲和可见光区，导致其光谱选择范围较宽，因此需要针对于探测器光谱选择性差的问题，提供一种具有光谱调制功能的薄膜晶体管结构的日盲紫外光电探测器。
发明内容
本发明提供一种具有较高光谱选择性的底栅结构的日盲紫外光电探测器。
一种日盲紫外光电探测器，包括衬底，栅电极、栅介质层、沟道层、覆盖层、源电极和漏电极，其中，衬底表面形成栅电极，栅电极表面形成栅介质层，栅介质层表面分别形成沟道层，源电极和漏电极，且源电极和漏电被覆盖层隔开，沟道层表面形成覆盖层；
所述栅电极为铝、铝合金和银的一种或多种；
所述覆盖层对非日盲光波段具有增强反射且对日盲紫外光波段具有减少反射的作用。
本发明还提供了一种具有较高光谱选择性的顶栅结构的日盲紫外光电探测器。
一种日盲紫外光电探测器，包括衬底、覆盖层、沟道层、栅介质层、栅电极、源电极和漏电极，衬底表面形成覆盖层，覆盖层表面形成沟道层，沟道层表面分别形成栅介质层、漏电极和源电极，且漏电极和源电极被栅介质层隔开，栅介质层表面形成栅电极，且不与源电极、漏电极相连；
所述栅电极为铝、铝合金和银的一种或多种；
所述覆盖层对非日盲光波段具有增强反射且对日盲紫外光波段具有减少反射的作用。
本发明将光谱调制功能引入到探测器中，通过栅电极增反、覆盖层减反的设计，使得日盲光的传播被极大地限域在沟道层之中、非日盲光的传播被极大地限域在沟道层之外，达到沟道层对日盲光吸收增强、对非日盲光吸收抑制，实现具有较高日盲紫外抑制比的底栅结构或顶栅结构日盲紫外探测器。由于覆盖层为致密的金属氧化物薄膜，能隔绝空气中的水分和氧气，可提高探测器的稳定性。
所述覆盖层为氧化铝、氧化硅的一种或多种，所述覆盖层的厚度为30-100nm。所述的沟道层为半导体材料，厚度为50-200nm，进一步的，所述的半导体材料为氧化镓、锌镓氧或铬镓氧，进一步优选，所述的半导体材料为非晶态，所述的半导体材料禁带宽度大于4.43eV。
本发明采用的半导体材料可以选择非晶的氧化镓、锌镓氧或铬镓氧，利用器件结构上的变化，即增减反层的设计，可媲美甚至超过采用单晶或多晶态的氧化镓、锌镓氧或铬镓氧做沟道层的日盲紫外探测器的响应度和光谱选择性。本发明提供的非晶态氧化镓、锌镓氧或铬镓氧材料的制备工艺更为简单，成本较低。
半导体沟道层如果较薄会影响膜层均匀性和载流子浓度，最终影响电导率；TFT，薄膜晶体管，如果半导体膜层太厚，会不是严格意义上的“薄膜”。氧化镓是宽禁带直接带隙半导体材料，制备而成的器件天然的符合日盲紫外探测的波段。
所述的栅介质层为氧化铝、氧化硅和氧化铪的一种或多种。
所述的栅介质层的厚度为50-200nm。
进一步的，所述覆盖层的厚度为30-50nm，沟道层的厚度为150-200nm，栅电极的厚度为30-50nm，栅介质层的厚度为60-190nm。
合适的覆盖层、沟道层、栅电极、栅介质层厚度的组合，使得所述的日盲紫外光电探测器在波长为254nm和320nm的波段的反射率比值可从最低的0.55倍提高至最高的85.45倍。
本发明还提供了所述的日盲紫外光电探测器在柔性可穿戴材料中的应用。
所述的日盲紫外光电探测器的衬底采用PET柔性材料，能够应用在可穿戴材料中，所述采用PET柔性材料的日盲紫外光电探测器在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为51.67倍，在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将日盲紫外光不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的底栅结构或顶栅结构的日盲紫外光电探测器利用栅电极对日盲光的增反效果，覆盖层对日盲光的减反效果，能够显著提高探测器的响应度及其日盲紫外光的反射率，进而提高底栅结构或顶栅结构的日盲紫外光探测器的光谱选择性。
(2)覆盖层可以适当隔绝空气中的水分和氧气，提高了探测器的稳定性。
(3)薄膜晶体管型的日盲紫外光电探测器探测光谱选择性高、兼容性好且易于柔性可穿戴材料中的应用，使用方便，操作简单。
附图说明
图1为本发明提供的底栅结构的日盲紫外光电探测器的剖面结构示意图；
图2为本发明提供的顶栅结构的日盲紫外光电探测器的剖面结构示意图；
图3为实施例一采用的底栅结构的日盲紫外光电探测器的反射光谱；
图4为实施例二采用的底栅结构的日盲紫外光电探测器的反射光谱；
图5为实施例三采用的底栅结构的日盲紫外光电探测器的反射光谱；
图6为实施例四采用的底栅结构的日盲紫外光电探测器的反射光谱；
图7为实施例五采用的底栅结构的日盲紫外光电探测器的反射光谱；
图8为实施例四采用的顶栅结构的日盲紫外光电探测器的反射光谱。
具体实施方式
本发明提供的日盲紫外光电探测器为底栅结构或顶栅结构。
底栅结构日盲紫外光电探测器参见图1。包括，衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4、覆盖层5、源电极6和漏电极7。
具体的，栅电极2位于衬底1表面、栅介质层3位于栅电极2表面、沟道层4位于栅介质层3表面、覆盖层5位于半导体沟道层4表面、源电极6和漏电极7形成于栅介质层3未被沟道层4覆盖的表面，且源电极6和漏电极7分别位于沟道层4的左右两侧。
其中，所述栅电极2对日盲紫外光波段具有增强反射的效果；所述覆盖层5对非日盲光波段具有增加反射且对日盲紫外光波段具有减少反射的效果。值得说明的是，该结构的探测器入射光方向是自上而下的，即从覆盖层向下入射，且衬底可选择硬质衬底如石英玻璃，或柔性衬底如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料。
顶栅结构的日盲紫外光电探测器参见图2。同样包括衬底1、覆盖层5、沟道层4、栅介质层3、栅电极2、源电极6和漏电极7。不同的是，覆盖层5形成于衬底1表面、沟道层4形成于覆盖层5表面、栅介质层3形成于沟道层4表面、栅电极2形成于栅介质层3表面、源电极6和漏电极7分别形成于沟道层4未被栅介质层3覆盖的表面，且源电极6和漏电极7分别位于栅介质层3的两侧。
其中，所述覆盖层对非日盲光波段具有增加反射，且对日盲紫外光波段具有减少反射的效果；所述栅电极对日盲光具有增强反射的效果。值得说明的是，该结构的探测器入射光方向是自下而上的，即从衬底向上入射，且衬底可选择硬质衬底如石英玻璃，或柔性衬底如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料。
为了更清楚的说明本发明的薄膜晶体管结构的日盲紫外光电探测器的光谱调制功能，以下分别以多个实施例对本发明的技术方案作更进一步的详细说明。
实施例1
本实施例的日盲紫外探测器采用如图1所示的底栅结构。
衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4和覆盖层5材料依次是重掺杂硅、金属铝、氧化硅、非晶氧化镓、氧化铝或氧化铝和氧化硅的叠层，具体膜系为Si-Al-SiO2-Ga2O3-Al2O3(增加减反层)和Si-Al-SiO2-Ga2O3-Al2O3-SiO2(采用叠层形式的减反层)。
通过改变不同膜层的厚度，利用椭偏软件模拟膜系对不同波段光的反射率，并计算254nm、320nm和450nm波段处的反射增益倍数。
最终得到最优的膜系厚度分别为，采用Al增反层和Al2O3覆盖层：Si(1mm)-Al(50nm)-SiO2(190nm)-Ga2O3(190nm)-Al2O3(20nm)和采用Al增反层同时采用Al2O3和SiO2叠层的覆盖层：Si(1mm)-Al(50nm)-SiO2(190nm)-Ga2O3(190nm)-Al2O3(10nm)-SiO2(20nm)。还包括在沟道层表面不做修饰、且不采用具有增反效果的金属铝层的对比例膜系，具体为Si(1mm)-SiO2(190nm)-Ga2O3(190nm)。
根据椭偏模拟反射结果，膜系对不同波段紫外光的反射如表1所示：
表1不同日盲紫外光电探测器对不同波长的波段光的反射率
| 膜系 | R<sub>254nm</sub> | R<sub>320nm</sub> | R<sub>450nm</sub> |
| ①Si-SiO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.19 | 0.64 | 0.096 |
| ②Si-Al-SiO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.018 | 0.95 | 0.91 |
| ③Si-Al-SiO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub> | 0.011 | 0.94 | 0.90 |
本实施例日盲紫外探测器在不同波段紫外光反射下的反射光谱如图3所示。
从图3、表1可以看出不加减反层的膜系①，在254nm日盲光和320nm近紫外光处的反射率的比值约为3.37。同时该膜系在450nm可见光处的反射非常低，仅为0.096，说明在该波段有较大的吸收。因此该膜系的日盲紫外光电探测器的日盲紫外反射比、紫外可见反射比较低，光谱选择性较差。
对比膜系①，本实施例的膜系②在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为52.78倍；膜系③在减反层采用了叠层后，254nm和320nm的反射增益倍数进一步提高至85.45倍。
膜系③的反射率相较膜系①提高了约25倍，说明在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
实施例2
本实施例的日盲紫外探测器采用如图1所示的底栅结构。
衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4和覆盖层5材料依次是重掺杂硅、金属铝、氧化铝、非晶氧化镓和氧化铝，具体膜系为Si-Al-Al2O3-Ga2O3-Al2O3(增加减反层)。
通过改变不同膜层的厚度，利用椭偏软件模拟膜系对不同波段光的反射率，并计算254nm、320nm和450nm波段处的反射增益倍数。
最优的膜系厚度为Si(1mm)-Al(50nm)-Al2O3(150nm)-Ga2O3(190nm)-Al2O3(20nm)。还包括在沟道层表面不做修饰、且不采用具有增反效果的金属铝层的对比膜系，具体为Si(1mm)-Al2O3(150nm)-Ga2O3(190nm)。
根据椭偏模拟反射结果，膜系对不同波段紫外光的反射如表2所示：
表2不同日盲紫外光电探测器对不同波长的波段光的反射率
| 膜系 | R<sub>254nm</sub> | R<sub>320nm</sub> | R<sub>450nm</sub> |
| ①Si-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.19 | 0.55 | 0.061 |
| ②Si-Al-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.018 | 0.93 | 0.90 |
本实施例日盲紫外探测器在不同波段紫外光反射下的反射光谱如图4所示。
从图4、表2可以看出不加减反层的膜系①，在254nm日盲光和320nm近紫外光处的反射率的比值约为2.89。同时该膜系在450nm可见光处的反射非常低，仅为0.061，说明在该波段有较大的吸收，最终会导致该膜系的日盲紫外光电探测器的日盲紫外反射比、紫外可见反射比较低，光谱选择性较差。
对比膜系①，具体实施例的膜系②在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为51.67倍。
膜系②的反射率相较膜系①提高了约18倍，说明在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
实施例3
本实施例的日盲紫外探测器采用如图1所示的底栅结构。
衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4和覆盖层5材料依次是重掺杂硅、金属铝、氧化铪或氧化硅和氧化铪的叠层、非晶氧化镓、氧化铝或氧化铝和氧化硅的叠层，具体膜系为Si-Al-HfO2-Ga2O3-Al2O3(增加减反层)、Si-Al-HfO2-Ga2O3-SiO2-Al2O3(采用叠层形式的减反层)和Si-Al-SiO2-HfO2-Ga2O3-SiO2-Al2O3(采用叠层形式的栅介质层和减反层)。通过改变不同膜层的厚度，利用椭偏软件模拟膜系对不同波段光的反射率，并计算254nm、320nm和450nm波段处的反射增益倍数。最终得到最优的膜系厚度分别为，采用Al增反层和Al2O3覆盖层：Si(1mm)-Al(50nm)-HfO2(60nm)-Ga2O3(190nm)-Al2O3(20nm)、采用Al增反层的同时采用Al2O3和SiO2叠层的覆盖层：Si(1mm)-Al(50nm)-HfO2(60nm)-Ga2O3(190nm)-SiO2(10nm)-Al2O3(10nm)和采用Al增反层的同时采用Al2O3和SiO2叠层的覆盖层和HfO2和SiO2叠层的栅介质层：Si(1mm)-Al(50nm)-SiO2(90nm)-HfO2(60nm)-Ga2O3(190nm)-SiO2(20nm)-Al2O3(10nm)。还包括在沟道层表面不做修饰、且不采用具有增反效果的金属铝层的对比例膜系，具体为Si(1mm)-HfO2(60nm)-Ga2O3(190nm)。
根据椭偏模拟反射结果，膜系对不同波段紫外光的反射如表3所示：
表3不同日盲紫外光电探测器对不同波长的波段光的反射率
| 膜系 | R<sub>254nm</sub> | R<sub>320nm</sub> | R<sub>450nm</sub> |
| ①Si-HfO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.16 | 0.53 | 0.33 |
| ②Si-Al-HfO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.026 | 0.77 | 0.86 |
| ③Si-Al-HfO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.016 | 0.80 | 0.87 |
| ④Si-Al-SiO<sub>2</sub>-HfO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.014 | 0.86 | 0.91 |
本实施例日盲紫外探测器在不同波段紫外光反射下的反射光谱如图5所示。
从图5、表3可以看出不加减反层的膜系①，在254nm日盲光和320nm近紫外光处的反射率的比值约为3.31。同时该膜系在450nm可见光处的反射相比实施例②-④较低，约为0.33，说明在该波段有较大的吸收，最终会导致该膜系的日盲紫外光电探测器的日盲紫外反射比、紫外可见反射比较低，光谱选择性较差。对比膜系①，具体实施例的膜系②在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为29.62倍；膜系③在减反层采用了叠层后，254nm和320nm的反射增益倍数进一步提高至50倍；膜系④在栅介质层、减反层均采用了叠层后，254nm和320nm的反射增益倍数进一步提高至61.43倍。
膜系④的反射率相较膜系①提高了约19倍，说明在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
实施例4
本实施例的日盲紫外探测器采用如图1所示的底栅结构。
衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4和覆盖层5材料依次是重掺杂硅、金属铝、氧化钇、氧化镓、氧化铝或氧化硅或氧化铝和氧化硅的叠层，具体膜系为Si-Al-Y2O3-Ga2O3-Al2O3(增加减反层)、Si-Al-Y2O3-Ga2O3-SiO2(增加减反层)和Si-Al-Y2O3-Ga2O3-Al2O3-SiO2(采用叠层形式的减反层)。通过改变不同膜层的厚度，利用椭偏软件模拟膜系对不同波段光的反射率，并计算254nm、320nm和450nm波段处的反射增益倍数。最终得到最优的膜系厚度分别为，采用Al增反层和Al2O3覆盖层：Si(1mm)-Al(50nm)-Y2O3(190nm)-Ga2O3(190nm)-Al2O3(20nm)、采用Al增反层的同时采用SiO2覆盖层：Si(1mm)-Al(50nm)-Y2O3(190nm)-Ga2O3(190nm)-SiO2(30nm)和采用Al增反层的同时采用Al2O3和SiO2叠层的覆盖层Si(1mm)-Al(50nm)-Y2O3(190nm)Ga2O3(190nm)-Al2O3(20nm)-SiO2(10nm)。还包括在沟道层表面不做修饰、且不采用具有增反效果的金属铝层的对比例膜系，具体为Si(1mm)-Y2O3(190nm)-Ga2O3(190nm)。
根据椭偏模拟反射结果，膜系对不同波段紫外光的反射如表4所示：
表4不同日盲紫外光电探测器对不同波长的波段光的反射率
| 膜系 | R<sub>254nm</sub> | R<sub>320nm</sub> | R<sub>450nm</sub> |
| ①Si-Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.19 | 0.104 | 0.39 |
| ②Si-Al-Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.018 | 0.906 | 0.88 |
| ③Si-Al-Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub> | 0.014 | 0.89 | 0.88 |
| ④Si-Al-Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub> | 0.028 | 0.91 | 0.86 |
本实施例日盲紫外探测器在不同波段紫外光反射下的反射光谱如图6所示。
从图6、从表4可以看出不加减反层的膜系①，在254nm日盲光和320nm近紫外光处的反射率的比值约为0.55。同时该膜系在450nm可见光处的反射相比实施例②-④较低，约为0.39，说明在该波段有较大的吸收，最终会导致该膜系的日盲紫外光电探测器的日盲紫外反射比、紫外可见反射比较低，光谱选择性较差。对比膜系①，具体实施例的膜系②在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为50.33倍；膜系③在减反层采用了叠层后，254nm和320nm的反射增益倍数进一步提高至63.57倍；膜系④在栅介质层、减反层均采用了叠层后，254nm和320nm的反射增益倍数进一步提高至32.5倍。
膜系③的反射率相较膜系①提高了约116倍，说明在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
实施例5
本实施例的日盲紫外探测器采用如图1所示的底栅结构。
衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4和覆盖层5材料依次是PET、金属铝、氧化铝、非晶氧化镓和氧化铝，具体膜系为PET-Al-Al2O3-Ga2O3-Al2O3(增加减反层且采用柔性衬底)。通过改变不同膜层的厚度，利用椭偏软件模拟膜系对不同波段光的反射率，并计算254nm、320nm和450nm波段处的反射增益倍数。最优的膜系厚度为PET(20μm)-Al(50nm)-Al2O3(150nm)-Ga2O3(190nm)-Al2O3(20nm)。还包括在沟道层表面不做修饰、且不采用具有增反效果的金属铝层的对比膜系，具体为PET(20μm)-Al(50nm)-Al2O3(150nm)-Ga2O3(190nm)。
根据椭偏模拟反射结果，膜系对不同波段紫外光的反射如表5所示：
表5不同日盲紫外光电探测器对不同波长的波段光的反射率
| 膜系 | R<sub>254nm</sub> | R<sub>320nm</sub> | R<sub>450nm</sub> |
| ①PET-Al-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.18 | 0.93 | 0.84 |
| ②PET-Al-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.018 | 0.93 | 0.90 |
本实施例日盲紫外探测器在不同波段紫外光反射下的反射光谱如图7所示。
从图7、表5可以看出不加减反层的膜系①，在254nm日盲光和320nm近紫外光处的反射率的比值约为5.17。同时该膜系在450nm可见光处的反射相比膜系②低，因此该膜系的日盲紫外光电探测器的日盲紫外反射比、紫外可见反射比会比膜系②低，光谱选择性较差。对比膜系①，具体实施例的膜系②在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为51.67倍。
膜系②的反射率相较膜系①提高了约10倍，说明在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
实施例6
本实施例的日盲紫外探测器采用如图2所示的顶栅结构。
衬底1、栅电极2、栅介质层3、沟道层4和覆盖层5材料依次是蓝宝石氧化铝、金属银、氧化钇、氧化镓和氧化硅，具体膜系为Al2O3-SiO2-Ga2O3-Y2O3-Ag(增加减反层)，反射光谱如图8所示，通过改变不同膜层的厚度，利用椭偏软件模拟膜系对不同波段光的反射率，并计算254nm、320nm和450nm波段处的反射增益倍数。最优的膜系厚度为Al2O3(1mm)-SiO2(30nm)-Ga2O3(190nm)-Y2O3(80nm)-Ag(50nm)。还包括在沟道层表面不做修饰、且不采用具有增反效果的金属铝层的对比膜系，具体为Al2O3(1mm)-Ga2O3(190nm)-Y2O3(80nm)-Ag(50nm)。值得说明的是，模拟结果中由于衬底Al2O3(蓝宝石)相对其他功能层的厚度较厚，因此会产生许多震荡峰。
根据椭偏模拟反射结果，膜系对不同波段紫外光的反射如表6所示：
表6不同日盲紫外光电探测器对不同波长的波段光的反射率
| 膜系 | R<sub>254nm</sub> | R<sub>320nm</sub> | R<sub>450nm</sub> |
| ①Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ag | 0.17 | 0.46 | 0.81 |
| ②Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SiO<sub>2</sub>-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Ag | 0.047 | 0.46 | 0.89 |
本实施例日盲紫外探测器在不同波段紫外光反射下的反射光谱如图8所示。
从图8、表6可以看出不加减反层的膜系①，在254nm日盲光和320nm近紫外光处的反射率的比值约为2.67。对比膜系①，具体实施例的膜系②在254nm和320nm波段处的反射相差较大，约为9.69倍，因此该膜系的日盲紫外光电探测器的日盲紫外反射比相较膜系①更高，光谱选择性更好。膜系②的反射率相较膜系①提高了约3.6倍，说明在膜系中引入光谱调制功能，可选择性的将不同波段的光限域住，进而提高探测器的光谱选择性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种日盲紫外光电探测器，其特征在于，包括衬底，栅电极、栅介质层、沟道层、覆盖层、源电极和漏电极，其中，衬底表面形成栅电极，栅电极表面形成栅介质层，栅介质层表面分别形成沟道层，源电极和漏电极，且源电极和漏电被沟道层隔开，沟道层表面形成覆盖层；
所述栅电极为铝、铝合金和银的一种或多种；
所述覆盖层对非日盲光波段具有增强反射且对日盲紫外光波段具有减少反射的作用。
2.一种日盲紫外光电探测器，包括根据权利要求1所述的衬底、覆盖层、沟道层、栅介质层、栅电极、源电极和漏电极，其特征在于，衬底表面形成覆盖层，覆盖层表面形成沟道层，沟道层表面分别形成栅介质层，漏电极和源电极，且漏电极和源电极被栅介质层隔开，栅介质层表面形成栅电极，且不与源电极、漏电极相连；
所述栅电极为铝、铝合金和银的一种或多种；
所述覆盖层对非日盲光波段具有增强反射且对日盲紫外光波段具有减少反射的作用。
3.根据权利要求1或2所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述覆盖层为氧化铝、氧化硅的一种或多种，所述覆盖层的厚度为30-100nm。
4.根据权利要求1或2所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述的沟道层为半导体材料，厚度为50-200nm，禁带宽度大于4.43eV。
5.根据权利要求4所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述的半导体材料为氧化镓、锌镓氧或铬镓氧。
6.根据权利要求5所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述的半导体材料采用非晶态。
7.根据权利要求1或2所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述的栅介质层为氧化铝、氧化硅和氧化铪的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述的栅介质层的厚度为50-200nm。
9.根据权利要求1或2所述的日盲紫外光电探测器，其特征在于，所述覆盖层的厚度为30-50nm，沟道层的厚度为150-200nm，栅电极的厚度为30-50nm，栅介质层的厚度为60-190nm。
10.根据权利要求1或2所述的日盲紫外光电探测器在柔性可穿戴材料中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210824 |