一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件及其制备方法技术

技术编号:22332260 阅读:34 留言:0更新日期:2019-10-19 12:41
本发明专利技术涉及一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件及其制备方法。其中,该制备方法包括步骤:在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层;在所述栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层;在所述光吸收层上生长第一电极;在所述衬底的第二面生长第二电极。本发明专利技术实施例MOS电容光敏器件采用Al2O3材料作为栅介质层,Al2O3材料为高K栅介质材料,高K栅介质材料使器件在暗态条件下几乎不导通,从而暗态下第一电极与第二电极之间的电流极小,大幅度减少了栅泄漏电流,降低了器件的功耗,提高了器件的光敏特性,有利于减小MOS器件的特征尺寸,实现MOS器件的小型化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件及其制备方法
本专利技术属于集成电路
,具体涉及一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件及其制备方法。
技术介绍
近年来,有机-无机复合钙钛矿材料由于优秀的光电特性,如光吸收能力强、电子空穴对结合能低、载流子扩散长度长,以及制备工艺简单、制备成本低等经济优势,在太阳能电池领域受到越来越多的研究。从2009年Miyasaka等人第一次将钙钛矿作为光吸收剂应用在太阳能电池中,到2019年短短几年时间,电池转换效率已经从3.8%提高到23.7%。到目前为止,基于有机-无机复合钙钛矿材料制备的光电探测器主要有三种结构:光电导结构、光电二极管结构和光电晶体管结构。这三种结构的探测器通常采用SiO2绝缘材料作为栅介质材料以形成MOS器件。但是,随着集成电路的飞速发展,器件的特征尺寸越来越小。而以SiO2绝缘材料作为栅介质材料的MOS器件中,SiO2绝缘材料的厚度通常为几百纳米,导致器件的整体厚度较厚,不利于MOS器件的小型化设计;而且,以SiO2绝缘材料作为栅介质材料的MOS器件的暗态电流通常都较大,并且器件的响应速度较慢,不符合半导体产业低功耗的发展趋势。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题,本专利技术提供了一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现:本专利技术实施例提供了一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,包括步骤:在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层;在所述栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层;在所述光吸收层上生长第一电极;在所述衬底的第二面生长第二电极。在本专利技术的一个实施例中,所述衬底的材料为Si,所述衬底的厚度为300~500μm。在本专利技术的一个实施例中,在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层之前,还包括:对所述衬底进行羟基化处理,使羟基团吸附在所述衬底的所述第一面。在本专利技术的一个实施例中,在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层,包括:利用原子淀积技术,在所述衬底的所述第一面生长7~13nm厚的Al2O3材料,形成所述栅介质层。在本专利技术的一个实施例中,利用原子淀积技术,在所述衬底的所述第一面生长7~13nm厚的Al2O3材料,形成所述栅介质层,包括:将三甲基铝分子通入反应室,使所述三甲基铝与所述羟基团反应生成Al-CH3,使所述Al-CH3沉积在所述衬底的所述第一面;将水蒸气通入反应室,使所述水蒸气与所述Al-CH3反应生成甲烷和Al2O3,形成所述栅介质层。在本专利技术的一个实施例中,在所述栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层,包括:利用溶液旋涂工艺,在所述栅介质层上旋涂CH3NH3PbI3溶液,形成所述光吸收层。在本专利技术的一个实施例中,利用溶液旋涂工艺,在所述栅介质上旋涂CH3NH3PbI3溶液,形成所述光吸收层,包括:将PbI2和CH3NH3I混合溶于DMF溶液中,搅拌静置后形成所述CH3NH3PbI3溶液;利用单一溶液旋涂工艺,在所述栅介质层上旋涂所述CH3NH3PbI3溶液,并对旋涂后的器件进行退火处理,形成所述光吸收层。在本专利技术的一个实施例中,在所述光吸收层上生长第一电极,包括:利用磁控溅射工艺,选用质量比纯度大于99.995%的Au作为溅射靶材,质量百分比纯度大于99.999%的氩气作为溅射气体,在真空度为6.5×10-3Pa、氩气流量为25cm3/s、溅射靶材基距为8cm、工作电流为2A、功率为20W的条件下,采用掩模版在所述光吸收层上溅射Au材料,形成第一电极;其中,所述第一电极的厚度为130~170nm。在本专利技术的一个实施例中,在所述衬底的第二面生长第二电极,包括:利用磁控溅射工艺,选用质量比纯度大于99.99%的Al作为溅射靶材,质量百分比纯度大于99.999%的氩气作为溅射气体,在真空度为6.5×10-3Pa、氩气流量为25cm3/s、溅射靶材基距为8cm、工作电流为2A、功率为20W的条件下,在所述衬底的第二面溅射Al材料,形成第二电极;其中,所述第二电极的厚度为130~170nm。本专利技术的另一个实施例提供了一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件,由如本专利技术实施例中所述的制备方法制得。与现有技术相比,本专利技术的有益效果:1、本专利技术的MOS电容光敏器件采用Al2O3材料作为栅介质层,Al2O3材料为高K栅介质材料,高K栅介质材料使器件在暗态条件下几乎不导通,从而暗态下第一电极与第二电极之间的电流极小,大幅度减少了栅泄漏电流,降低了器件的功耗,提高了器件的光敏特性,有利于减小MOS器件的特征尺寸,实现MOS器件的小型化设计。2、本专利技术的MOS电容光敏器件Al2O3栅介质层的厚度远小于SiO2栅介质层的厚度,使得MOS电容光敏器件的整体厚度较小,有利于实现器件的小型化设计,同时栅介质层厚度较小时,载流子容易响应电压的变化,从而提升了器件的响应速度。3、本专利技术的MOS电容光敏器件采用CH3NH3PbI3材料作为光吸收层,CH3NH3PbI3材料具有优异的电学特性以及很高的光吸收系数,使器件在光照时的电流强度远高于暗态时的电流强度,从而得到低功耗、高灵敏度的MOS电容光敏器件。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法的流程示意图;图2a-图2e为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法的示意图;图3为本专利技术实施例提供的一种掩模版的结构示意图;图4为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的结构示意图;图5为图4提供的基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的俯视图;图6a-图6b为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件在暗态和光照下的电流-电压曲线图;图7a-图7d为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件在暗态和光照下的电流-电压拟合曲线图;图8为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件在不同光照强度的I-t曲线对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述,但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1,图1为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法的流程示意图,包括步骤:在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层;在栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层;在光吸收层上生长第一电极;在衬底的第二面生长第二电极。具体地,请参见图2a-图2e,图2a-图2e为本专利技术实施例提供的一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法的示意图,具体步骤如下:S1、选取衬底201;请参见图2a。具体地,衬底201的材料为Si。选取块体硅材料;块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,包括步骤:在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层;在所述栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层;在所述光吸收层上生长第一电极;在所述衬底的第二面生长第二电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,包括步骤:在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层;在所述栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层;在所述光吸收层上生长第一电极;在所述衬底的第二面生长第二电极。2.如权利要求1所述的基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,所述衬底的材料为Si,所述衬底的厚度为300~500μm。3.如权利要求1所述的基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层之前,还包括:对所述衬底进行羟基化处理,使羟基团吸附在所述衬底的所述第一面。4.如权利要求3所述的基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,在衬底的第一面生长Al2O3材料,形成栅介质层,包括:利用原子淀积技术,在所述衬底的所述第一面生长7~13nm厚的Al2O3材料,形成所述栅介质层。5.如权利要求4所述的基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,利用原子淀积技术,在所述衬底的所述第一面生长7~13nm厚的Al2O3材料,形成所述栅介质层,包括:将三甲基铝分子通入反应室,使所述三甲基铝与所述羟基团反应生成Al-CH3,使所述Al-CH3沉积在所述衬底的所述第一面;将水蒸气通入反应室,使所述水蒸气与所述Al-CH3反应生成甲烷和Al2O3,形成所述栅介质层。6.如权利要求1所述的基于CH3NH3PbI3和Al2O3材料的MOS电容光敏器件的制备方法,其特征在于,在所述栅介质层上生长CH3NH3PbI3材料,形成光吸收层,包括:利用溶液旋涂工艺,在所述栅介质...

【专利技术属性】
技术研发人员:贾仁需刘晶煌李欢庞体强汪钰成杜永琪
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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