一种紫外光探测器及制备方法技术

本发明专利技术实施例提供一种紫外光探测器及制备方法，涉及半导体材料和器件制备技术领域。其中，紫外光探测器包括：石英衬底、MgZnO薄膜、纳米Ag颗粒薄膜和Au薄膜，其中，所述MgZnO薄膜覆盖所述石英衬底，所述纳米Ag颗粒薄膜覆盖所述MgZnO薄膜，所述Au薄膜覆盖所述纳米Ag颗粒薄膜。通过形成纳米Ag颗粒，使得纳米Ag颗粒的震荡频率和MgZnO的带边耦合相匹配时，产生共振效应，进一步激化MgZnO的带边耦合，从而增强紫外光探测器的光电转换效率，并提高紫外光探测器的响应度。

An ultraviolet photodetector and preparation method

The embodiment of the invention provides an ultraviolet detector and a preparation method, and relates to the field of semiconductor material and device preparation technology. The ultraviolet detector includes quartz substrate, MgZnO film, nano Ag particle film and Au film, in which the MgZnO film covers the quartz substrate, and the nano Ag film covers the MgZnO film, and the Au film covers the nano Ag particle film. By forming nano Ag particles, the resonance frequency of the nano Ag particles is matched with the band edge coupling of MgZnO, and the resonance effect is generated, which further intensifies the band edge coupling of the MgZnO, thus enhancing the photoelectric conversion efficiency of the ultraviolet detector and improving the response degree of the ultraviolet detector.

【技术实现步骤摘要】
一种紫外光探测器及制备方法
本专利技术属于半导体材料和器件制备
，尤其涉及一种紫外光探测器及制备方法。
技术介绍
随着科技的进步，光电探测技术也有了飞速的发。目前，其探测范围已经从微波、红外及可见波段逐渐扩展到了紫外光波段。波长在10nm～400nm范围的电磁波被定义为紫外光。根据波长的不同，可以将紫外光更细地划分为四个部分：UVA的波长范围为320nm—400nm，UVB的波长范围为280nm—320nm，UVC的波长范围为200nm—280nm，VUV的波长范围为10nm—200nm。其中，UVA穿透力非常强，大部分透明的玻璃以及塑料都能够被穿透。到达地球的太阳光中含有UVA，穿透肌肤到达真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，使得皮肤晒黑。日光中UVB大部分被臭氧层所吸收，只有极少量能到达地球表面，透明玻璃可以吸收UVB中短波长的部分。UVB对人体具有红斑作用，即用适当剂量的UVB照射皮肤后，使皮肤表层细胞分解产生组织胺等物质进而引起毛细血管扩张，在皮肤表面观察到红色斑痕。红斑作用有利于体内矿物质代谢和维生素D的形成，但是长期暴晒或者过量照射时，会晒黑皮肤并引起皮肤红肿脱皮。UVC穿透能力最弱，太阳光中的UVC在到达地球之前几乎被臭氧层全被吸收。暴露在UVC中，短时间内皮肤会被灼伤，长时间或高强度则会有癌变风险，对人体具有很大的伤害。波长小于200nm的紫外光只能在高真空环境中传播，因而称为“真空紫外光”(UVC)。紫外光探测技术在民用和军事领域得到多方面的应用，例如，研制高灵敏度、低噪声的紫外光探测器。目前，已投入商业和军事应用的紫外光探测器，主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、成像型紫外变像管、紫外增强器、紫外摄像管和固体紫外探测器灯等。其中常用的是光电倍增管和硅基紫外光电管。硅基紫外光电管需要附带滤光片，光电倍增管需要在在高电压下工作，需低温冷却，而且体积大，对于实际应用有一定的局限性。因此人们开始关注宽带隙半导体固体紫外探测器。在过去十几年中，为了避免使用昂贵的滤光器，实现紫外探测器在日盲区下工作，人们开始考虑利用宽带隙半导体对可见光响应度低，光响应波长范围可以进入日盲紫外光波段，不需要外加滤光片等特点，开展宽带隙半导体紫外光电探测器件的研究。其中具有潜力的宽带隙材料有金刚石、GaN基以及ZnO基材料等。金刚石带隙为5.5eV(对应波长225nm)、具有耐高温、抗辐射、导热快等优点，但是高质量金刚石薄膜制备难度大，且不易实现可控掺杂，这些问题都影响到金刚石薄膜的实际应用；近二十年来，以GaN为代表的III-V族半导体薄膜材料的研究取得了极大的进步，特别是GaN蓝色LED和LD的商品化，紫色LD也在规模化。正因如此，GaN及其合金Al1-xGaxN在紫外光探测器方面的研究也领先于其它宽带隙半导体探测器,但是日前一个真正高响应速度、高灵敏度、低噪声AlGaN日盲紫外探测器尚未走出实验室，尤其在高Al组份AlGaN的p型掺杂浓度和生长质量上都有较大的困难，再加上GaN基半导体没有匹配的生长衬底，生长温度又很高，导致薄膜的缺陷密度大。因此，高质量GaN基薄膜的实现一直是个难题。针对微弱紫外光信号探测的主要问题，MgZnO是继GaN之后的又一种理想紫外光电材料，这是由于MgZnO与GaN相比有其更优越的性能，如MgZnO原料丰富、价格便宜、原料丰富、无毒无害，薄膜对可见和近红外光的透射率在85％以上,具有相对较低的生长温度(100-750℃),有匹配的单晶衬底(六方相有ZnO,立方相有MgO),晶格失配和热失配极小，成膜质量高,制备和加工工艺都比较简单，带隙在3.36eV～7.8eV之间可调等优点。目前来讲，虽然MgZnO紫外光探测器的研究工作取得了一些可惜的成果，但是还有很多问题没有解决，比如如何实现高响应度、低能耗、高灵敏度等综合性能良好的紫外探测器依然是研究者们首要解决的问题。根据目前文献的报道，金属表面等离子体技术被广泛研究并已经应用在发光二极管、太阳能电池等光电领域中。在光探测器领域中，目前已报道的金属表面等离子体技术的应用主要集中在可见光和红外光波段，这是因为大多数金属纳米结构的偶极共振位于可见和红外波段。虽然可以通过减小尺寸是金属纳米粒子的共振峰位移到紫外波段，但是金属吸收损耗也会大大增加，因此不适于将过小尺寸的金属纳米粒子应用到现有的光电器件中。最近国际上也有一些关于利用金属表面等离极化激元来提高紫外探测器响应度的报道，但是金属表面等离极化激元与宽禁带半导体带隙之间的能量匹配问题还没有得到有效解决。综上所述，现有的技术手段导致MgZnO紫外光探测器存在光响应度低的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种紫外光探测器及制备方法，旨在解决现有的紫外光探测器光响应度低的问题。本专利技术提供的一种紫外光探测器，包括：石英衬底、MgZnO薄膜、纳米Ag颗粒薄膜和Au薄膜，其中，所述MgZnO薄膜覆盖所述石英衬底，所述纳米Ag颗粒薄膜覆盖所述MgZnO薄膜，所述Au薄膜覆盖所述纳米Ag颗粒薄膜。本专利技术提供的一种紫外光探测器的制备方法，包括：利用包含Mg、Zn和O的靶材在石英衬底上沉积MgZnO薄膜；在MgZnO薄膜上蒸镀Ag，并在压强低于10-3Pa、温度为350～400℃的条件下退火30～45min，得到纳米Ag颗粒薄膜；在所述纳米Ag颗粒薄膜上蒸镀Au薄膜，并制备对叉指电极，得到Ag纳米颗粒修饰的紫外光探测器。本专利技术提供的一种紫外光探测器及制备方法，通过形成纳米Ag颗粒，使得纳米Ag颗粒的震荡频率和MgZnO的带边耦合相匹配时，产生共振效应，进一步激化MgZnO的带边耦合，从而增强紫外光探测器的光电转换效率，并提高紫外光探测器的响应度。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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。图1是本专利技术提供的一种紫外光探测器的结构示意图；图2是实施例1制备得到的MgZnO薄膜的紫外-可见透过光谱测试图；图3是实施例1制备得到的MgZnO薄膜的紫外可见吸收光谱测试图；图4是实施例1制备得到的MgZnO薄膜的光学带隙拟合图谱测试图；图5是实施例1制备得到的MgZnO薄膜的X射线衍射图谱测试图；图6是实施例1制备得到的Ag颗粒薄膜的扫描电镜测试图；图7是实施例1制备得到的Ag颗粒薄膜的消光光谱测试图；图8示出了对比例制备得到的紫外光探测器的光响应测试图；图9示出了实施例1制备得到的紫外光探测器的光响应测试图；图10示出了对比例和实施例1制备得到的紫外光探测器在不同偏压下测试图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域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。本专利技术提供的紫外光探测器的结构示意图，图1所示的紫外光探测器主要包括：石英衬底101、MgZnO薄膜102、纳米Ag颗粒薄膜103和Au薄膜104。其中，MgZnO薄膜102覆盖石英衬底101本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外光探测器，其特征在于，所述紫外光探测器包括：石英衬底、MgZnO薄膜、纳米Ag颗粒薄膜和Au薄膜，其中，所述MgZnO薄膜覆盖所述石英衬底，所述纳米Ag颗粒薄膜覆盖所述MgZnO薄膜，所述Au薄膜覆盖所述纳米Ag颗粒薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种紫外光探测器，其特征在于，所述紫外光探测器包括：石英衬底、MgZnO薄膜、纳米Ag颗粒薄膜和Au薄膜，其中，所述MgZnO薄膜覆盖所述石英衬底，所述纳米Ag颗粒薄膜覆盖所述MgZnO薄膜，所述Au薄膜覆盖所述纳米Ag颗粒薄膜。2.根据权利要求1所述的紫外光探测器，其特征在于，所述MgZnO薄膜中Mg与Zn的原子比为0.29:0.71。3.根据权利要求1所述的紫外光探测器，其特征在于，所述纳米Ag颗粒薄膜的厚度为2～20nm，粒径为10～200nm。4.根据权利要求2所述的紫外光探测器，其特征在于，所述MgZnO薄膜中Mg与Zn的原子比为2:8。5.根据权利要求3所述的紫外光探测器，其特征在于，所述纳米Ag颗粒薄膜的厚度为10nm，粒径为100nm。6.一种紫外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，韩舜，吕有明，朱德亮，柳文军，曹培江，许望颖，刘新科，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44