一种光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术属于电子设备的技术领域，尤其涉及一种光电二极管及其制备方法。本发明专利技术提供了一种光电二极管，以硅片为基片，在所述硅片上物理气相沉积Hf靶材得到HfO2薄膜，再所述HfO2薄膜表面镀电极；其中，所述物理气相沉积的退火温度为700‑750℃。本发明专利技术的光电二极管具有明显的与紫外光强有关的光电二极管效应，有无紫外光条件下反向电压显著的导电性差异，在微电子器件领域具有很好的应用前景，能有效解决现有光电二极管中对紫外光的响应性和电能转换的稳定性差的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种光电二极管及其制备方法
本专利技术属于电子设备的
，尤其涉及一种光电二极管及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着薄膜制备技术的快速发展，功能性薄膜器件在微电子领域受到越来越多的关注，各种各样的物理以及化学方法被应用于薄膜器件的制备，例如分子束外延、脉冲激光沉积法、磁控溅射镀膜、化学溶液沉积法等。光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结(英语：PNjunction)，PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。传统的光电二极管中对紫外光的响应性和电能转换的稳定性差的技术缺陷。因此，研发一种对紫外光的响应快且灵敏的光电二极管是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种光电二极管及其制备方法，用于解决现有光电二极管中对紫外光的响应性和电能转换的稳定性差的技术缺陷。本专利技术提供了一种光电二极管，以硅片为基片，在所述硅片上物理气相沉积Hf靶材得到HfO2薄膜，在所述HfO2薄膜的表面及没有沉积HfO2薄膜的硅片镀电极；其中，所述物理气相沉积的退火温度为700-750℃。需要说明的是，所述HfO2薄膜的表面的电极为顶电极，没有沉积HfO2薄膜的电极为底电极。作为优选，所述HfO2薄膜的厚度为50～100nm。需要说明的是，所述HfO2薄膜的厚度导致本专利技术的光电二极管的性能。作为优选，所述物理气相沉积的退火时间为10-15min。作为优选，所述物理气相沉积选自真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜或分子束外延中的一种方法。作为优选，所述物理气相沉积为磁控溅射镀膜法。作为优选，所述电极为点电极。作为优选，所述点电极选自Au、Pt、Al、Ag、W、Ti，及TiN中的一种或几种。本专利技术还提供了一种光电二极管的制备方法，包括以下步骤：步骤1、以Hf靶材为沉积靶材，硅片为基片，在5.0×10-3Pa的真空环境，通入保护气体，控制磁控溅射的电流为300-400mA，电压为700-1000V，磁控溅射的时间为25-35min，得到样品1；步骤2、将所述样品1在700-750℃下退火10-15min，得到样品2；步骤3、将所述样品2的两面镀上电极。需要说明的是，所述样品2的HfO2薄膜的表面的电极为顶电极，所述样品2的没有沉积HfO2薄膜的电极为底电极。作为优选，所述保护气体包括氩气和氧气，所述氩气和所述氧气的流量比为40：(6-13)。更为优选，所述氩气和所述氧气的流量比为40：10。其中，所述氧气的流量不能太少也不能太多，太少会导致氧化不充分，太多会导致无法起辉。作为优选，所述制备方法，还包括步骤0，使用无水乙醇清洗所述Hf靶材的表面；使用HF清洗所述硅片的表面，然后再用无水乙醇清洗所述硅片的表面。具体的，本专利技术提供的一种光电二极管的制备方法，包括以下步骤：1)准备好Hf靶材，切割好的硅片；使用无水乙醇擦拭Hf靶材使其表面干净无任何污染，硅片使用氢氟酸(HF)擦洗切割好的硅片的正面(目的擦去硅片表面的SiO2)，再使用无水乙醇清洗硅片表面，清洗干净后，按照磁控溅射仪规格装置好靶材和硅片；2)打开磁控溅射仪的循环水系统，开总开关，开机械泵抽真空使磁控溅射仪的真空计达到5Pa，再开电磁阀以及分子泵抽真空至5.0×10-3Pa；3)打开气阀，通氩气(Ar)和氧气(O2)，打开流量计，调节Ar与O2的流量比为40:6-13(氧气的比例不能太少也不能太多，太少会导致氧化不充分，太多会导致无法起辉)，并且调节板阀使真空计显示真空度为5Pa；4)打开射频电源使Hf靶材起辉，并调节功率：电流为300-400mA，电压为700-1000V，Hf靶材起辉颜色为暗金黄色；5)在所述步骤4)的功率下溅射25-35分钟(功率与溅射时间相关，功率越小溅射时间就应该适当延长，功率越大建议溅射时间应该适当缩短)后，关闭射频电源，按程序关闭仪器后取出所制作的样品1；6)取出步骤5)的所述样品1，在700-750℃下进行退火10-15分钟，得到样品2，其中，退火氛围为氧气(氧气氛围退火使薄膜充分氧化)；7)将样品2盖上一层掩模板(掩模板上有很多孔，使镀上的电极为一点一点的电极便于测量)镀上点电极。本专利技术目的在于提供一种光电二极管，本专利技术的光电二极管具有明显的与紫外光强有关的光电二极管效应，有无紫外光条件下反向电压显著的导电性差异，在微电子器件领域具有很好的应用前景，本专利技术的光电二极管使用磁控溅射镀膜法进行制备，通过测试出来的I-V(Current-Voltage)、I-T(Current-Time)以及PL光谱等曲线，实验发现其具有明显的反向光电二极管效应，且特性显著；此外，本专利技术的光电二极管的制备工艺简单方便，磁控溅射镀膜具有制备方法容易、设备简单、制备薄膜表面均匀，厚度可控制等诸多优点，有便于大规模工业生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例的光电二极管的结构示意图；图2为本专利技术实施例的光电二极管在无光和白光以及紫外光下的I-V图；图3为本专利技术实施例的光电二极管在不同紫外光强照射下的I-V图；图4为本专利技术实施例的光电二极管在-8v电压下的I-T(Current-Time)图；图5为本专利技术实施例的光电二极管在-8v电压下的|I-Idark|-Intensity(紫外光照射下的电流与黑暗下的电流差值的绝对值-紫外光强度)图；图6为本专利技术实施例的光电二极管的PL光谱图；图7为本专利技术实施例的光电二极管的扫描电镜表面图；图8为本专利技术实施例的光电二极管的扫描电镜断面图；图9为本专利技术实施例的光电二极管的XRD图谱；图10为本专利技术实施例的光电二极管的XPS图谱；图11为本专利技术对比例的XRD图谱。具体实施方式本专利技术提供了一种光电二极管及其制备方法，用于解决现有光电二极管中对紫外光的响应性和电能转换的稳定性差的技术缺陷。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。其中，以下实施例所用原料均为市售或自制，所用靶材的纯度为99.99％、所用金靶的纯度为99.99％。实施例1本专利技术提供了一种光电二极管，具体制备方法如下：1)准备好Hf靶材，切割好的硅片(硅片为FTO导电玻璃)。2)使用无水乙醇擦拭Hf靶材使其表面干净无任何污染，硅片使用氢氟酸(HF)擦洗切割好的硅片的正面(目的擦去硅片表面的SiO2)，再使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电二极管，其特征在于，以硅片为基片，在所述硅片上物理气相沉积Hf靶材得到HfO2薄膜，在所述HfO2薄膜的表面及没有沉积HfO2薄膜的硅片镀电极；其中，所述物理气相沉积的退火温度为700‑750℃。

【技术特征摘要】
1.一种光电二极管，其特征在于，以硅片为基片，在所述硅片上物理气相沉积Hf靶材得到HfO2薄膜，在所述HfO2薄膜的表面及没有沉积HfO2薄膜的硅片镀电极；其中，所述物理气相沉积的退火温度为700-750℃。2.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述HfO2薄膜的厚度为50～100nm。3.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述物理气相沉积的退火时间为10-15min。4.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述物理气相沉积选自真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜或分子束外延中的一种方法。5.根据权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述物理气相沉积为磁控溅射镀膜法。6.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述电极为点电极。7.根据权利要求6所述的光电二极管，其特征在于，所述点电极选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘潮锋，唐新桂，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44