氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法，用于解决现有方法制备的锰氧化物异质结紫外光响应器件光电压峰值低的技术问题。技术方案是利用p型La0.7Sr0.3MnO3和n型氧化锌形成的p‑n结异质结构，在薄膜表面镀铟电极形成欧姆接触，构成氧化锌锰氧化物异质结紫外光探测器件。本发明专利技术利用脉冲激光沉积技术形成p型La0.7Sr0.3MnO3和n型氧化锌异质结结构，在77～400K温度范围内实现了紫外光光响应特性的探测。其光电压峰值能够达到0.73V。相对于背景技术的光电压峰值30mV，其光电压提高了20多倍。而且制备方法简单，不需要复杂的正面溅射等手段，性能稳定，可以重复使用。

Preparation of ZnO-MnO Heterojunction Ultraviolet Response Devices

The invention discloses a preparation method of a zinc oxide manganese oxide heterojunction ultraviolet light response device, which is used to solve the technical problem of low photovoltage peak value of the manganese oxide heterojunction ultraviolet light response device prepared by the existing method. The technical scheme is to make use of the p_n junction heterostructure formed by p-type La0.7Sr0.3MnO3 and n-type zinc oxide to form ohmic contact with indium-plated electrodes on the surface of thin films, thus forming the ultraviolet detectors of zinc oxide-manganese oxide heterostructure. The invention uses pulse laser deposition technology to form p-type La0.7Sr0.3MnO3 and n-type zinc oxide heterojunction structure, and realizes the detection of ultraviolet light response characteristics in the temperature range of 77-400K. The peak photovoltage can reach 0.73V. Compared with the background technology, the photovoltage peak value is 30 mV, which is more than 20 times higher. Moreover, the preparation method is simple, does not need complex front sputtering and other means, and has stable performance and can be reused.

【技术实现步骤摘要】
氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法
本专利技术涉及一种异质结紫外光响应器件的制备方法，特别涉及一种氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法。
技术介绍
氧化锌通常是一种n型半导体，在室温下，它具有3.37eV的直接带隙和60meV的激子束缚能，因而是实现紫外光响应器件理想的材料。其中p-n结型紫外光探测器由于其独有的特性受到人们的广泛关注。p-n结型紫外光探测器的主要优点是：工作偏压低、输人阻抗高、工作频率大、制作技术与半导体平面工艺相容；与肖特基势垒光探测器相比，在给定内建电压下，p-n结中饱和电流比肖特基势垒二极管中的饱和电流小几个数量级。在各种光探测材料中,钙钛矿氧化物以其独特的优势占据了光电探测领域的重要一隅.这类材料的物理性质极为丰富,涉及多体、绝缘体-金属转变等许多材料科学以及凝聚态物理的基本问题。由于电子之间的强关联效应,钙钛矿氧化物中存在着电荷序、轨道序、自旋序的相互竞争和相互影响。因此,钙钛矿氧化物材料的物理特性与光辐射场的关系引起了研究者的极大关注。其中钙钛矿锰氧化物是一类非常重要的钙钛矿材料。研究表明锰氧化物构成的异质结,不仅在很宽的温度范围内(5–350K)具有良好的整流特性,而且从紫外到红外的宽光谱范围,都具有光电响应。此外,锰氧化物由于对磁场灵敏,展现出光、电、磁的综合调控,带来开发磁场调控的光电器件的可能性。文献“Magneticalandelectricaltuningoftransientphotovoltaiceffectsinmanganite-basedheterojunctions,OpticExpress,2012,Vol20,p406–A411”探究了La0.67Ca0.33MnO3/Si异质结的光电特性。La0.67Ca0.33MnO3/Si异质结是一种具有优良光电特性的材料。它在光谱响应范围上要优于传统的商用UV-100L型硅光电二极管，而且光电性能也都优于普通的商用光电探测器件，响应灵敏度是M407A探测器的850倍，响应时间比M407A探测器快1000倍。但是La0.67Ca0.33MnO3/Si异质结的光电压峰值仅有约30mV，这大大降低了锰氧化物异质结的光电灵敏度并且限制了其在光电探测方面的应用。
技术实现思路
为了克服现有方法制备的锰氧化物异质结紫外光响应器件光电压峰值低的不足，本专利技术提供一种氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法。该方法利用p型La0.7Sr0.3MnO3和n型氧化锌形成的p-n结异质结构，在薄膜表面镀铟电极形成欧姆接触，构成氧化锌锰氧化物异质结紫外光探测器件。本专利技术利用脉冲激光沉积技术形成p型La0.7Sr0.3MnO3和n型氧化锌异质结结构，在77～400K温度范围内实现了紫外光(波长为248nm，脉宽为25ns)光响应特性的探测。其光电压峰值能够达到0.73V。相对于
技术介绍
的光电压峰值30mV，其光电压提高了20多倍。而且制备方法简单，不需要复杂的正面溅射等手段，性能稳定，可以重复使用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将边长为3～5mm、厚度为0.4～0.6mm的LaAlO3单晶基片清洗后放入真空室里利用脉冲激光沉积方法制备La0.7Sr0.3MnO3薄膜，激光器的波长为248nm，能量为100～130mJ，频率为1-5赫兹，制备时真空室的背景真空度为2×10-5～2×10-7Pa，溅射气压为10～20Pa，沉积温度为700～800℃，达到预定厚度90～120nm后取出待用；步骤二、按照2～4×2～4mm在已经制备好的La0.7Sr0.3MnO3薄膜上掩膜，使掩膜边缘与La0.7Sr0.3MnO3薄膜中心重合，放入真空室里沉积ZnO薄膜，制备时真空室的背景真空度为2×10-5～2×10-7Pa，溅射气压为5～10Pa，沉积温度为450～550℃，沉积厚度为50～100nm；随后在700～900℃温度下空气中退火处理1～2小时；步骤三、分别在氧化锌薄膜和La0.7Sr0.3MnO3薄膜上制备铟电极，得到氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件。LaAlO3单晶取向为(001)、(011)或(111)任一种。本专利技术的有益效果是：该方法利用p型La0.7Sr0.3MnO3和n型氧化锌形成的p-n结异质结构，在薄膜表面镀铟电极形成欧姆接触，构成氧化锌锰氧化物异质结紫外光探测器件。本专利技术利用脉冲激光沉积技术形成p型La0.7Sr0.3MnO3和n型氧化锌异质结结构，在77～400K温度范围内实现了紫外光(波长为248nm，脉宽为25ns)光响应特性的探测。其光电压峰值能够达到0.73V。相对于
技术介绍
的光电压峰值30mV，其光电压提高了20多倍。而且制备方法简单，不需要复杂的正面溅射等手段，性能稳定，可以重复使用。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术方法实施例3制备的氧化锌锰氧化物异质结结构紫外光响应器件的伏安特性曲线。图2是本专利技术方法实施例3制备的氧化锌锰氧化物异质结结构紫外光响应器件在78K的光伏电压随时间变化的关系曲线，其中插图是光伏最大值随能量的变化曲线。图3是本专利技术方法实施例3制备的氧化锌锰氧化物异质结结构紫外光响应器件的光伏电压最大值随温度变化关系曲线。具体实施方式以下实施例参照图1-3。实施例1：(a)将边长为4mm、厚度为0.4mm的LaAlO3(011)单晶基片清洗后放入真空室里利用脉冲激光沉积方法制备La0.7Sr0.3MnO3薄膜，激光器的波长为248nm，能量为130mJ，频率为5赫兹，制备时真空室的背景真空度为2×10-7Pa，溅射气压为20Pa，沉积温度为800℃，达到预定厚度120nm后取出待用；(b)按照2×2mm在已经制备好的La0.7Sr0.3MnO3薄膜上掩膜，使掩膜边缘与La0.7Sr0.3MnO3薄膜中心重合，放入真空室里沉积ZnO薄膜，制备时真空室的背景真空度为2×10-7Pa，溅射气压为10Pa，沉积温度为550℃，沉积厚度为100nm；随后在900℃温度下空气中退火处理2小时；(c)分别在氧化锌薄膜和La0.7Sr0.3MnO3薄膜上制备铟电极。实施例2：(a)将边长为3mm、厚度为0.5mm的LaAlO3(111)单晶基片清洗后放入真空室里利用脉冲激光沉积方法制备La0.7Sr0.3MnO3薄膜，激光器的波长为248nm，能量为120mJ，频率为3赫兹，制备时真空室的背景真空度为2×10-5Pa，溅射气压为15Pa，沉积温度为750℃，达到预定厚度100nm后取出待用；(b)按照3×3mm在已经制备好的La0.7Sr0.3MnO3薄膜上掩膜，使掩膜边缘与La0.7Sr0.3MnO3薄膜中心重合，放入真空室里沉积ZnO薄膜，制备时真空室的背景真空度为2×10-5Pa，溅射气压为10Pa，沉积温度为500℃，沉积厚度为80nm；随后在800℃温度下空气中退火处理1.5小时；(c)分别在氧化锌薄膜和La0.7Sr0.3MnO3薄膜上制备铟电极。实施例3：(a)将边长为5mm、厚度为0.6mm的LaAlO3(001)单晶基片清洗后放入真空室里利用脉冲激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将边长为3～5mm、厚度为0.4～0.6mm的LaAlO3单晶基片清洗后放入真空室里利用脉冲激光沉积方法制备La0.7Sr0.3MnO3薄膜，激光器的波长为248nm，能量为100～130mJ，频率为1‑5赫兹，制备时真空室的背景真空度为2×10‑5～2×10‑7Pa，溅射气压为10～20Pa，沉积温度为700～800℃，达到预定厚度90～120nm后取出待用；步骤二、按照2～4×2～4mm在已经制备好的La0.7Sr0.3MnO3薄膜上掩膜，使掩膜边缘与La0.7Sr0.3MnO3薄膜中心重合，放入真空室里沉积ZnO薄膜，制备时真空室的背景真空度为2×10‑5～2×10‑7Pa，溅射气压为5～10Pa，沉积温度为450～550℃，沉积厚度为50～100nm；随后在700～900℃温度下空气中退火处理1～2小时；步骤三、分别在氧化锌薄膜和La0.7Sr0.3MnO3薄膜上制备铟电极，得到氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌锰氧化物异质结紫外光响应器件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将边长为3～5mm、厚度为0.4～0.6mm的LaAlO3单晶基片清洗后放入真空室里利用脉冲激光沉积方法制备La0.7Sr0.3MnO3薄膜，激光器的波长为248nm，能量为100～130mJ，频率为1-5赫兹，制备时真空室的背景真空度为2×10-5～2×10-7Pa，溅射气压为10～20Pa，沉积温度为700～800℃，达到预定厚度90～120nm后取出待用；步骤二、按照2～4×2～4mm在已经制备好的La0.7Sr0.3MnO3薄膜上掩膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金克新，张兆亭，闫虹，王拴虎，王民，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61