一种多孔有源层场效应紫外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种多孔有源层场效应紫外探测器及其制备方法，探测器包括SiO2/Si衬底、多孔有源层、源电极和漏电极，SiO2/Si衬底包括下方的Si层和上方的SiO2层，其中Si层为栅电极，SiO2层为绝缘层；多孔有源层设置在SiO2/Si衬底上，源电极和漏电极均设置在多孔有源层上。制备方法包括衬底的前处理；微球模板或多孔模板的制备；多孔有源层的制备和源漏电极的制备。本发明专利技术的多孔有源层结构可使紫外光直接作用于有源层和绝缘层界面处，减少表层有源层薄膜对紫外光的吸收，有利于达到高灵敏度场效应紫外探测的目的；该探测器具有结构简单、可栅压调控、增益大和频带宽等优势，在通信和检测等领域有广阔的应用前景。

A Porous Active Layer Field Effect Ultraviolet Detector and Its Preparation Method

The invention discloses a porous active layer field effect ultraviolet detector and its preparation method. The detector includes SiO 2/Si substrate, porous active layer, source electrode and drain electrode. The SiO 2/Si substrate includes Si layer below and SiO 2 layer above, in which Si layer is gate electrode and SiO 2 layer is insulating layer. The porous active layer is located on SiO 2/Si substrate, and the source electrode and drain electrode are both located on porous active layer. On the floor. The preparation methods include substrate pretreatment, preparation of microsphere template or porous template, preparation of porous active layer and preparation of source-drain electrode. The porous active layer structure of the invention can make ultraviolet light directly act on the interface between the active layer and the insulating layer, reduce the absorption of ultraviolet light by the surface active layer film, and is beneficial to achieving the purpose of high sensitivity field effect ultraviolet detection. The detector has the advantages of simple structure, adjustable gate voltage, large gain and bandwidth, and has broad application prospects in the fields of communication and detection.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔有源层场效应紫外探测器及其制备方法
本专利技术属于紫外探测领域，具体涉及一种多孔有源层场效应紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外探测技术是继激光探测和红外探测之后发展起来新兴探测技术，在军事和民用市场有广泛的应用前景，如导弹预警、秘密通信、医疗诊断、环境监测和天文学等领域。传统紫外探测器以真空电子学和外光电效应为基础，常见的是紫外光电倍增管和硅基紫外光电二极管两种，前者体积大、工作电压高；后者需要昂贵的滤光片来减小可见光和红外光的影响，给实际应用带来困难。近年来随着氧化物半导体材料的研究深入，人们开始利用对可见光响应极低的宽带隙氧化物半导体来制备紫外探测器件，包括ZnO、IZO、TiO2、IGZO、SnO2等。场效应紫外探测器包括衬底、栅极、绝缘层、有源层和源漏电极组成。其工作原理为，当紫外光辐照到有源层的表面，产生电子空穴对，电子（或空穴）在场效应作用下输运到有源层和绝缘层界面，导致沟道电流大幅增加，从而达到紫外光探测的目的。根据场效应原理，可以通过调整栅极偏压改变器件的探测灵敏度。该紫外探测器与场效应晶体管的放大增益与一体，具有结构简单，响应时间快等优势。但是，该结构的有源层通常由致密半导体薄膜构成，表层薄膜产生的载流子运动到有源层和绝缘层界面需要一定的时间，这就会影响对紫外光探测的灵敏度。
技术实现思路
为了克服上述技术中的问题，本专利技术采用具有多孔结构的有源层薄膜制备场效应紫外探测器，该结构可以使紫外光直接作用于有源层和绝缘层界面处，减少表层有源层薄膜对紫外光的吸收，有利于获得高灵敏度的紫外探测器。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多孔有源层场效应紫外探测器，包括SiO2/Si衬底、多孔有源层、源电极和漏电极，所述SiO2/Si衬底包括下方的Si层和上方的SiO2层，其中Si层为栅电极，SiO2层为绝缘层；所述多孔有源层设置在SiO2/Si衬底上，多孔有源层通过在微球模板上制备有源层并去除微球后得到或者通过在多孔模板上制备有源层后得到；所述源电极和漏电极均设置在多孔有源层上。进一步地，所述有源层的材料为金属氧化物半导体ZnO、IZO、TiO2、IGZO或SnO2。进一步地，所述多孔有源层的孔径为100～800nm。进一步地，所述源电极和漏电极的厚度为40～100nm，源电极和漏电极的材料为Al、Cu、Ag或Ni，源电极和漏电极之间的沟道长度为100μm、沟道宽度为1000μm。本专利技术提供一种多孔有源层场效应紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：衬底的前处理：选择SiO2/Si衬底，其中Si层作为栅电极，SiO2层为绝缘层；使用前，将SiO2/Si衬底放入超声波中，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗15min，然后用氮气吹干；步骤2：微球模板的制备：在SiO2/Si衬底上制备聚苯乙烯微球模板；步骤3：多孔有源层的制备：采用磁控溅射、化学气相沉积法、原子层累积或脉冲激光沉积法在微球模板上制备有源层；将聚苯乙烯微球去除，得到多孔状的有源层薄膜，即多孔有源层；步骤4：源电极和漏电极的制备：将带有源电极和漏电极图案的金属掩膜板固定在多孔有源层上，采用热蒸发镀膜法制备源电极和漏电极。本专利技术还提供另外一种多孔有源层场效应紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：衬底的前处理：选择SiO2/Si衬底，其中Si层作为栅电极，SiO2层为绝缘层；使用前，将SiO2/Si衬底放入超声波中，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗15min，然后用氮气吹干；步骤2：多孔模板的制备：采用气息图案法在SiO2/Si衬底上制备多孔模板；步骤3：多孔有源层的制备：采用磁控溅射、化学气相沉积法、原子层累积或脉冲激光沉积法在多孔模板上制备有源层，得到多孔有源层；步骤4：源电极和漏电极的制备：将带有源电极和漏电极图案的金属掩膜板固定在多孔有源层上，采用热蒸发镀膜法制备源电极和漏电极。进一步地，步骤2中所述多孔模板的厚度为50～100nm、孔径为100～800nm。进一步地，步骤3中所述有源层的厚度为50～100nm。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术紫外探测的有源层具有多孔结构，多孔有源层结构可以使紫外光直接作用于有源层和绝缘层界面处，减少表层有源层薄膜对紫外光的吸收，有利于达到高灵敏度场效应紫外探测的目的。2.根据场效应原理，可以通过调整栅电极偏压改变紫外探测器的探测灵敏度；加之结构简单、增益大和频带宽等优势，在通信和检测等领域有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1中多孔有源层场效应紫外探测器的结构示意图。图中标号：1为栅电极，2为绝缘层，3为多孔有源层，4为源电极，5为漏电极。图2为本专利技术实施例3中器件紫外探测灵敏度S随栅压的变化关系，S=（辐照电流-暗态电流）/暗态电流。图3为本专利技术实施例4中器件紫外探测灵敏度S随栅压的变化关系，S=（辐照电流-暗态电流）/暗态电流。具体实施方式以下实施例是为了更好的说明本专利技术的技术方案，而不是以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1如图1所示，一种多孔有源层场效应紫外探测器，包括SiO2/Si衬底、多孔有源层3、源电极4和漏电极5，所述SiO2/Si衬底包括下方的Si层和上方的SiO2层，其中Si层为栅电极1，SiO2层为绝缘层2，所述多孔有源层3设置在SiO2/Si衬底上，多孔有源层3通过在微球模板上制备有源层并去除微球后得到。所述有源层的材料为金属氧化物半导体ZnO、IZO、TiO2、IGZO或SnO2，本实施例中采用IZO。有源层材料使用对紫外光敏感的金属氧化物半导体；多孔有源层结构可以使紫外光直接作用于有源层和绝缘层界面处，减少表层有源层薄膜对紫外光的吸收，有利于达到高灵敏度场效应紫外探测的目的。所述多孔有源层3的孔径为100～800nm。所述源电极4和漏电极5均设置在多孔有源层3上，其厚度为40nm～100nm，本实施例中为80nm；源电极4和漏电极5的材料为Al、Cu、Ag或Ni，本实施例中采用Ag；源电极4和漏电极5之间的沟道长度为100μm、沟道宽度为1000μm。本专利技术紫外探测器在紫外光辐照下，通过检测源、漏电流的变化，实现紫外探测的目的。实施例2本实施例与实施例1基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，所述多孔有源层3通过在多孔模板上制备有源层后得到。源电极4和漏电极5的材料采用Ni。实施例3一种多孔有源层场效应紫外探测器的制备，包括以下步骤：步骤1：选择SiO2/Si衬底，其中Si层作为栅电极，SiO2层为绝缘层；使用前，将SiO2/Si衬底放入超声波中，分别依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗15min，以去除SiO2/Si衬底上的污染物，然后用氮气吹干。步骤2：在SiO2/Si衬底上制备聚苯乙烯（PS）微球模板。具体方法为：配制质量百分浓度为2%的PS微球水溶液，室温下磁力搅拌1h，然后超声分散20min，所述PS微球的直径为500nm。将PS微球水溶液滴凃在SiO2/Si衬底上，然后进行真空冷冻干燥，当水分完全去除后，PS微球均匀地分布在SiO2/Si衬底上，即得PS微球模板。步骤3：采用磁控溅射在PS微球模板上制备有源层。所用有源层的材料为ZnO；所述磁控溅射的溅射功率为100W，溅射气压为2Pa；磁控溅射过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔有源层场效应紫外探测器，其特征在于，包括SiO2/Si衬底、多孔有源层、源电极和漏电极，所述SiO2/Si衬底包括下方的Si层和上方的SiO2层，其中Si层为栅电极，SiO2层为绝缘层；所述多孔有源层设置在SiO2/Si衬底上，多孔有源层通过在微球模板上制备有源层并去除微球后得到或者通过在多孔模板上制备有源层后得到；所述源电极和漏电极均设置在多孔有源层上。

【技术特征摘要】
1.一种多孔有源层场效应紫外探测器，其特征在于，包括SiO2/Si衬底、多孔有源层、源电极和漏电极，所述SiO2/Si衬底包括下方的Si层和上方的SiO2层，其中Si层为栅电极，SiO2层为绝缘层；所述多孔有源层设置在SiO2/Si衬底上，多孔有源层通过在微球模板上制备有源层并去除微球后得到或者通过在多孔模板上制备有源层后得到；所述源电极和漏电极均设置在多孔有源层上。2.根据权利要求1所述的一种多孔有源层场效应紫外探测器，其特征在于，所述有源层的材料为金属氧化物半导体ZnO、IZO、TiO2、IGZO或SnO2。3.根据权利要求1所述的一种多孔有源层场效应紫外探测器，其特征在于，所述多孔有源层的孔径为100～800nm。4.根据权利要求1所述的一种多孔有源层场效应紫外探测器，其特征在于，所述源电极和漏电极的厚度为40～100nm，源电极和漏电极的材料为Al、Cu、Ag或Ni，源电极和漏电极之间的沟道长度为100μm、沟道宽度为1000μm。5.基于权利要求1的一种多孔有源层场效应紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：衬底的前处理：选择SiO2/Si衬底，其中Si层作为栅电极，SiO2层为绝缘层；使用前，将SiO2/Si衬底放入超声波中，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗15min，然后用氮气吹干；步骤2：微球模板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新安，杨光，孙献文，郑海务，张伟风，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41