TWI392857B - 具有多層結構之透明光檢測器 - Google Patents

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Chin Min Hsiung
ru yuan Yang
Chien Lin Chen
Shu Ting Teng
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具有多層結構之透明光檢測器
本發明係有關於一種光檢測器，其特別有關於一種以氧化鋅薄膜為堆疊層與以氧化鋅摻雜鋁(ZnO:Al)薄膜為透明電極之具有多層結構透明光檢測器。
隨著太空科技的日益發展，紫外光（ultraviolet，UV）波段偵測器的研究越顯重要；自1801 年由W. Ritter 和W. H. Wollaston 發現紫外光波段後，一些相關的研究及應用，一直受到重視。太陽是紫外光的主要來源，一般可分為UV-A （ 400nm~320nm ）、UV-B（320nm~280nm）、UV-C（280nm 以下）三個波段。
由於臭氧層和其它大氣層氣體會吸收來自太陽的紫外光，只有波長大於280nm 的紫外光可到達地球表面，因此UV-A 和UV-B 波段的紫外光會影響人類的健康及地球的生態系統。由於紫外光被廣泛的應用及研究包括紫外光天文學、火焰偵測、飛彈偵測、燃燒技術、空對空通訊、污染監測、醫學、殺菌及農業等，所以對有效率且可信賴的紫外光偵測器的需求日益增加。目前，能將光訊號轉換為電訊號的光檢測器(Photodetector)的習知做法有三種：分別是採用真空管的光倍增管(Photo Multiplier, PMT)、使用矽材料的光檢測器、以及使用寬能隙材料之光檢測器。在這三種做法之中，光倍增管的成本高、需要高操作電壓、而且真空管容易破碎。矽光檢測器則具有製作容易、成本低廉、與低操作電壓等特性。又，紫外光檢測元件仍然以使用矽材料之光二極體所構成。然而，受限於矽之能隙在室溫下僅僅只有1.2 eV。矽基光二極體之最靈敏波長並非落在紫外光區域以致於在紫外光區域的響應非常低。因此，若以寬能隙材料製作之光檢測器，由於材料可以具有較大的能隙(BandGap)。故非常適合應用於紫外光的偵測。
氧化鋅(ZnO)之能隙約為3.3eV，恰好是在藍光到UV 光的波段。氧化鋅的激子束縛能約60meV，常溫的熱擾動(KT=25meV)無法使激子分開成為自由電子與自由電洞，因此氧化鋅的激子可以在室溫下存在。在應用上，氧化鋅廣泛用於半導體雷射、光檢測器、發光二極體與壓電感測器等。另外，氧化鋅具有本質n-type 半導體的特性，對於開發新型的UV光檢測器而言，是目前相當熱門的研究主題。然而，傳統MSM結構之UV光檢測器，其外部與內部量子效率較不佳；導致元件偵測錯誤率較高。因此，為了加強UV光檢測器的光電特性，使用堆疊層結構(Tandem structure)之光檢測器將具有良好之內部與外部量子效率。
為了解決上述問題，有需要提供一種具有多層結構之透明光檢測器以克服先前技術的缺點。職是之故，申請人乃細心試驗與研究，並一本鍥而不捨的精神，終於研究出以氧化鋅堆疊層作為主動層，以透明導電膜為電極之具有多層結構透明光檢測器。
本發明之主要目的在提供一種具有多層結構之透明光檢測器。該光檢測器為金屬-半導體-金屬(MSM)結構，其主動層係使用氧化鋅薄膜且電極係使用透明導電膜(ZnO:Al)並製作在玻璃基板上，以得到具全透光性之光檢測器。
為達上述之主要目的，本發明提出一種具有多層結構之透明光檢測器，其包含一玻璃基板、一氧化鋅緩衝層、一氧化鋅堆疊層以及一透明電極。該氧化鋅緩衝層以濺鍍法沈積在玻璃基板上。該氧化鋅堆疊層以濺鍍法沈積在氧化鋅緩衝層上。該透明電極以濺鍍法沈積在氧化鋅堆疊層上。該透明電極係為指插式電極且由氧化鋅摻雜鋁(ZnO:Al)薄膜所形成。
根據本發明之一種具有多層結構之透明光檢測器之另一特徵，該氧化鋅堆疊層之結構係為第一氧化鋅層\氧化鋅摻雜鋁層\第二氧化鋅層之多層結構。
根據本發明之一種具有多層結構之透明光檢測器之另一特徵，該氧化鋅緩衝層之厚度為2～10 nm、該堆疊層之厚度為3000～6000 nm以及該透明電極之厚度為80～120 nm。
根據本發明之一種具有多層結構之透明光檢測器之另一特徵，該透明電極之透光率在80～90%。
根據本發明之一種具有多層結構之透明光檢測器之另一特徵，該透明電極之電阻率在2.5×10-3 ～2.9×10-4 Ω-cm之間。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所示者及於下文中說明者係為本發明可之較佳實施例，並請了解本文所揭示者係考量為本發明之一範例，且並非意圖用以將本發明限制於圖式及/或所描述之特定實施例中。
請參照第1圖，其所示為具有多層結構之透明光檢測器100之結構。該透明光檢測器100包含有一玻璃基板110、一氧化鋅緩衝層120、一氧化鋅堆疊層130以及一透明電極140。該氧化鋅緩衝層120以濺鍍法沈積在該玻璃基板110上。該氧化鋅堆疊層130以濺鍍法沈積在該氧化鋅緩衝層120上以及該透明電極140以濺鍍法沈積在該氧化鋅堆疊層130上。其中，該透明電極140係為指插式電極。其材料係由氧化鋅摻雜鋁(Al)、鉑(Pt)、鈦(Ti)與鎵(Ga)之族群中之一種金屬材料所構成。
請參照第2圖，其所示為氧化鋅堆疊層130之結構。在該氧化鋅堆疊層130中，其包含一第一氧化鋅層131、一氧化鋅摻雜鋁層132以及一第二氧化鋅層133，即多層(或三明治)結構(Sandwich structure)。該第一氧化鋅層131以濺鍍法沈積在該氧化鋅緩衝層120上。該氧化鋅摻雜鋁層132以濺鍍法沈積在該第一氧化鋅層131上以及該第二氧化鋅層133以濺鍍法沈積在該氧化鋅摻雜鋁層132上。在該氧化鋅堆疊層130中，當該第一氧化鋅層131與該第二氧化鋅層133之厚度皆固定在1000 nm，增加該氧化鋅摻雜鋁層132從150 nm至500 nm時，其整體薄膜之電阻率隨之下降。經量測其電阻率在2.5×10-3 ～2.9×10-4 Ω-cm之間。由於該氧化鋅堆疊層130係以濺鍍法沈積在該氧化鋅緩衝層120上，該氧化鋅緩衝層120係為具有結晶性之薄膜。故該氧化鋅堆疊層130在製程時非常容易形成連續性結晶薄膜，提供較好的薄膜品質，以增加該光檢測器100的內部與外部量子效率。本發明最佳實施例之製程步驟為：
A.　　 提供一玻璃基板110。利用鑽石刀裁切成25 mm × 20 mm × 0.2 mm 的尺寸後浸於Pirana 溶液中沸騰1 小時，待降回至室溫後再將玻璃基板110取出以RO 水沖洗數次，最後再浸於二次去離子水中以超音波震盪15 分鐘，結束後以氮氣槍吹乾。Pirana溶液配置方式：取濃硫酸(H2 SO4 , 18M)加入過氧化氫(H2 O2 )中，體積比為H2 SO4 ：H2 O2 。
B.　　　 在該玻璃基板110上部使用射頻濺鍍機沉積厚度為5 nm之該氧化鋅鍰衝層。其製程參數為功率:350W；氣體流量:氧氣3.0 sccm ;工作壓力:5×10-2 torr；工作溫度為攝氏180度。
C.　　　 在該氧化鋅鍰衝層上以濺鍍法沉積厚度為800~1200 nm之該第一氧化鋅層131。其製程參數為功率:350W；氣體流量:氧氣3.0 sccm；工作壓力:5×10-2 torr；工作溫度為攝氏180度。
D.　　 在該第一氧化鋅層131上以濺鍍法沉積厚度為150～500 nm之該氧化鋅摻雜鋁層132。其製程參數為功率:350W；氣體流量:氧氣3.0 sccm；工作壓力: 5×10-2 torr；工作溫度為攝氏180度。
E.　　　 在該氧化鋅摻雜鋁層132上以濺鍍法沉積厚度為800~1200 nm之該第二氧化鋅層133。其製程參數為功率:350W；氣體流量:氧氣3.0 sccm；工作壓力:5×10-2 torr；工作溫度為攝氏180度。
F.　　　 在該第二氧化鋅層133上以濺鍍法並配合黃光微影技術形成該透明電極140(ZnO:Al)。
根據本發明之最佳實施例，該氧化鋅緩衝層120之厚度為5 nm、該氧化鋅堆疊層130之厚度為5000 nm以及該透明電極140之厚度為100 nm。該透明電極140係為氧化鋅摻雜鋁(ZnO:Al)所構成之薄膜。該氧化鋅堆疊層130之面積為200×200μm2 。該透明電極140之指寬與指隙皆為10 μm。需注意的是，在該氧化鋅堆疊層130中，該氧化鋅層之厚度為1000 nm與該氧化鋅摻雜鋁層132之厚度為200 nm。
經量測結果得該氧化鋅堆疊層130之表面平均粗糙度在2 ~ 15 nm以及載子遷移率係在35 ~ 170 cm2 /V-S之間。以本發明之最佳實施例而言，其該透明電極140之載子濃度在8×1018 ～6×1020 cm-3 之間、透光率在80～90%、電阻率在2.5×10-3 ～2.9×10-4 Ω-cm之間。該透明光檢測器100可實質應用在光波長約為370 nm之紫外光波段。綜上所述，本發明提供一種具有多層結構之透明光檢測器100。該光檢測器100為金屬-半導體-金屬(MSM)結構，其包含包含一玻璃基板110、一氧化鋅緩衝層120、一氧化鋅堆疊層130以及一透明電極140。在該氧化鋅堆疊層130中，係以氧化鋅層131\氧化鋅摻雜鋁層132\氧化鋅層133所構成。在光電特性上，可有效增加該光檢測器100之內部與外部量子效率，提升UV光之檢測能力。
雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧具有多層結構之透明光檢測器；
110‧‧‧玻璃基板；
120‧‧‧氧化鋅緩衝層；
130‧‧‧氧化鋅堆疊層；
131‧‧‧第一氧化鋅層；
132‧‧‧氧化鋅摻雜鋁層；
133‧‧‧第二氧化鋅層；以及
140‧‧‧透明電極。
第1圖所示為具有多層結構之透明光檢測器；以及
第2圖所示為氧化鋅堆疊層之結構。
100‧‧‧具有多層結構之透明光檢測器
110‧‧‧玻璃基板
120‧‧‧氧化鋅緩衝層
130‧‧‧氧化鋅堆疊層
140‧‧‧透明電極

Claims (10)

  1. 一種具有多層結構之透明光檢測器，其包含：
    一玻璃基板；
    一氧化鋅緩衝層，係以濺鍍法沈積在該玻璃基板上；
    一氧化鋅堆疊層，係以濺鍍法沈積在該氧化鋅緩衝層上；以及
    一透明電極，係以濺鍍法沈積在該氧化鋅堆疊層上；
    其中，該透明電極係為指插式電極且由氧化鋅摻雜鋁(Al)、鉑(Pt)、鈦(Ti)與鎵(Ga)之族群中之一種金屬材料所構成之薄膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，該氧化鋅堆疊層更包含：
    一第一氧化鋅層，係以濺鍍法沈積在該氧化鋅緩衝層上；
    一氧化鋅摻雜鋁層，係以濺鍍法沈積在該第一氧化鋅層上；以及
    一第二氧化鋅層，係以濺鍍法沈積在該氧化鋅摻雜鋁層上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該第一氧化鋅層與該第二氧化鋅層之厚度為800～1200 nm。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該氧化鋅摻雜鋁層之厚度為150～500 nm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該氧化鋅緩衝層之厚度為2～10 nm、該氧化鋅堆疊層之厚度為3000～6000 nm以及該透明電極之厚度為80～120 nm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該透明電極係為氧化鋅摻雜鋁(ZnO:Al)所構成之薄膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該透明電極之電阻率在2.5×10-3 ～2.9×10-4 Ωcm之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該透明電極之透光率在80～90%。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該氧化鋅堆疊層之面積為200×200μm2 。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具有多層結構之透明光檢測器，其中該透明電極之指寬與指隙皆為10 μm。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04107882A (ja) * 1990-08-28 1992-04-09 Canon Inc 太陽電池
TWI281267B (en) * 2005-04-07 2007-05-11 Univ Nat Cheng Kung Photodetector and method for manufacturing the same
US20070120045A1 (en) * 2005-08-31 2007-05-31 Fuji Photo Film Co., Ltd. Organic photoelectric conversion device and stack type photoelectric conversion device
TWM346020U (en) * 2008-04-09 2008-12-01 Chin-Min Hsiung A ultra violet photodetector
TW201126737A (en) * 2010-01-26 2011-08-01 Univ Kun Shan Transparent photodetector and method for manufacture the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04107882A (ja) * 1990-08-28 1992-04-09 Canon Inc 太陽電池
TWI281267B (en) * 2005-04-07 2007-05-11 Univ Nat Cheng Kung Photodetector and method for manufacturing the same
US20070120045A1 (en) * 2005-08-31 2007-05-31 Fuji Photo Film Co., Ltd. Organic photoelectric conversion device and stack type photoelectric conversion device
TWM346020U (en) * 2008-04-09 2008-12-01 Chin-Min Hsiung A ultra violet photodetector
TW201126737A (en) * 2010-01-26 2011-08-01 Univ Kun Shan Transparent photodetector and method for manufacture the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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蕭榮華，電子束蒸鍍參雜鋁及鎵之氧化鋅薄膜性質研究，海洋大學，2007/7 *

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