一种热释电/光电双功能集成传感器件制造技术

本发明专利技术涉及一种热释电/光电双功能集成传感器件。该传感器件为预极化半导体薄膜的热释电/光电双功能集成传感器件，由光电传感阵列和导电接线金属薄膜层组成，该光电传感阵列由光电传感单元以并联的形式组成，该光电传感单元由铁电性半导体薄膜层和透明导电薄膜层以面外异质结的形式组成，该铁电性半导体薄膜层是含有氧空位的多晶型薄膜层，该透明导电薄膜层是具有高功函数的金属薄膜层。该集成传感器件不仅可以通过调整退极化场的强度和方向来进行控制，还可以通过热释电效应的电势来进行调节。

A pyroelectric / photoelectric dual function integrated sensor

【技术实现步骤摘要】
一种热释电/光电双功能集成传感器件
本专利技术涉及光电传感信息设备领域，特别是涉及一种热释电/光电双功能集成传感器件。
技术介绍
基于半导体材料的大量研究，光与电的能量转换效率逐步提升，光电传感器件在信息通讯、环境监测、安全防控、清洁能源、智能物联、自动化控制以及军工系统等应用工程领域中占据着重要地位。并随着微电子工艺的发展，小型化的、低功耗的、高性能的新型传感器件不断被设计出来，应用于极端条件下的工作环境。此外，结合材料的结构特性，所制备传感器件能够受第三端口的变量控制，或者能够实现对第三方物理量的探测，以使其功能具备特异性，满足复杂环境中的工作需求。一般，铁电性半导体材料在施加外电场后，内部的退极化场会使能带发生弯曲，从而与电极接触面的势垒高度改变，光电转换特征随即反应到伏安曲线。另外，铁电性半导体内部的正负电荷重心偏移，这提供了一种分离光激发电子空穴对的内建电势。根据上述的材料特性，铁电性半导体已被应用于太阳能电池、光电传感等研究。与此同时，铁电性材料所属的非中心反对称性结构，合适的光照下能够产生温度变化，使得薄膜内构成热释电电势，从而形成数倍于势垒的光电流，有效的提升了光电转换效率。然而，由于不理想的能带结构和退极化场的低分离效率，铁电性半导体的能量转换效率仍远低于IV族半导体，而热释电性半导体在光照下产生的热释电电势具有单一性，难以实现第三方可控的光电传感器件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种热释电/光电双功能集成传感器件，以解决铁电性半导体的能量转换效率低，热释电性半导体在光照下产生的热释电电势具有单一性，难以实现第三方可控的光电传感器件的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种热释电/光电双功能集成传感器件，包括：光电传感阵列以及导电接线金属薄膜层；所述光电传感阵列设于所述导电接线金属薄膜层上；所述光电传感阵列包括多个光电传感单元；所述光电传感单元包括铁电性半导体薄膜层以及透明导电薄膜层；所述铁电性半导体薄膜层以及所述透明导电薄膜层形成异质结；所述透明导电薄膜层包括顶电极薄膜层以及底电极薄膜层；所述顶电极薄膜层、所述铁电性半导体薄膜层以及所述底电极薄膜层构成肖特基势垒；所述铁电性半导体薄膜层为含有氧空位的多晶型薄膜层，所述铁电性半导体薄膜具有热释电效应。可选的，所述铁电性半导体薄膜层，设于所述顶电极薄膜层以及所述底电极薄膜层之间；所述顶电极薄膜层的上表面设有顶电极布线层；所述底电极薄膜层的下表面设有底电极布线层。可选的，所述光电传感阵列的排列布局为二维平铺网络、六角蜂窝结构或三维堆叠网络。可选的，多个所述光电传感单元以并联方式连接。可选的，所述导电接线金属薄膜层为铜金属薄膜层、银金属薄膜层、铂金属薄膜层或金金属薄膜层。可选的，所述肖特基势垒为等高势垒、非等高势垒以及单势垒单欧姆接触；所述肖特基势垒的电极面积不等于所述铁电性半导体薄膜的面积。可选的，所述铁电性半导体薄膜层为六方晶系的铁氧体薄膜层、六方晶系的锰氧体薄膜层或非中心反对称的金属氧化物薄膜层。可选的，所述透明导电薄膜层为铂金属薄膜层、金金属薄膜层或镍Ni金属薄膜层。可选的，所述导电接线金属薄膜层的厚度为10nm至100μm；所述铁电性半导体薄膜层的厚度为20nm至500nm；所述透明导电薄膜层的厚度为1nm至50nm。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种热释电/光电双功能集成传感器件，以顶电极薄膜层、铁电性半导体薄膜层、底电极薄膜层的异质结构沿面外方向制备而成，其中，顶电极薄膜层和底电极薄膜层与所述的铁电性半导体薄膜层构成了肖特基势垒，在合适的光照条件下，能够通过分离光致电子空穴对输出光电流，并且所述的肖特基势垒高度可以通过调整退极化场的强度和方向来进行控制，从而能够实现电压可控的光电传感器件。此外，所述的铁电性半导体薄膜层是含有氧空位的多晶型薄膜，在光照下能够形成热释电电势，从而能够表现出光致热释电效应，由于分离电子空穴对的电场力由肖特基势垒提供，光致热释电效应的电流输出方向同样受退极化场的控制，热释电电势能够通过超过铁电性半导体的矫顽场，实现对传感器件所述铁电性半导体薄膜退极化场的再调控，以提高退极化场的分离效率，从而提高了铁电性半导体的能量转换效率，最终实现不同于低强度光照下的光电流输出。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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的热释电/光电双功能集成传感器件的光电传感阵列示意图；图2为本专利技术提供的传感单元结构截面的示意图；图3为本专利技术提供的传感单元的电流时序示意图；图3a为本专利技术提供的向上预极化后的电流时序图；图3b为本专利技术提供的基于图a的状态由顶电极侧的强光照射后的电流时序图；图3c为本专利技术提供的基于图b的状态由底电极侧的强光照射后的电流时序图；图3d为本专利技术提供的向下预极化后的电流时序图；图3e为本专利技术提供的基于图d的状态由顶电极侧的强光照射后的电流时序图；图3f为本专利技术提供的基于图e的状态由底电极侧的强光照射后的电流时序图。具体实施方式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。本专利技术的目的是提供一种热释电/光电双功能集成传感器件，能够提高铁电性半导体的能量转换效率，实现第三方可控的热释电/光电双功能集成传感器件。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。一种热释电/光电双功能集成传感器件，包括：光电传感阵列以及导电接线金属薄膜层；所述光电传感阵列设于所述导电接线金属薄膜层上；所述光电传感阵列包括多个光电传感单元；所述光电传感单元包括铁电性半导体薄膜层以及透明导电薄膜层；所述铁电性半导体薄膜层以及所述透明导电薄膜层形成异质结；所述透明导电薄膜层包括顶电极薄膜层以及底电极薄膜层；所述顶电极薄膜层、所述铁电性半导体薄膜层以及所述底电极薄膜层构成肖特基势垒；所述铁电性半导体薄膜层为含有氧空位的多晶型薄膜层，所述铁电性半导体薄膜层具有热释电效应；其中，所述顶电极薄膜层为透明导电顶电极薄膜层，所述底电极薄膜层为透明导电底电极薄膜层。以热释电/光电集成传感器件内传感单元以二维平铺网格的形式布局布线为例，图1为本专利技术提供的热释电/光电双功能集成传感器件的光电传感阵列示意图，如图1所示，所述二维平铺网格的布线规划在最大程度上保证传感单元的实际电压保持等量等时性，同时保证传感单元顶电极的可透光面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热释电/光电双功能集成传感器件，其特征在于，包括：光电传感阵列以及导电接线金属薄膜层；/n所述光电传感阵列设于所述导电接线金属薄膜层上；所述光电传感阵列包括多个光电传感单元；所述光电传感单元包括铁电性半导体薄膜层以及透明导电薄膜层；所述铁电性半导体薄膜层以及所述透明导电薄膜层形成异质结；所述透明导电薄膜层包括顶电极薄膜层以及底电极薄膜层；所述顶电极薄膜层、所述铁电性半导体薄膜层以及所述底电极薄膜层构成肖特基势垒；所述铁电性半导体薄膜层为含有氧空位的多晶型薄膜层，所述铁电性半导体薄膜层具有热释电效应。/n

【技术特征摘要】
1.一种热释电/光电双功能集成传感器件，其特征在于，包括：光电传感阵列以及导电接线金属薄膜层；
所述光电传感阵列设于所述导电接线金属薄膜层上；所述光电传感阵列包括多个光电传感单元；所述光电传感单元包括铁电性半导体薄膜层以及透明导电薄膜层；所述铁电性半导体薄膜层以及所述透明导电薄膜层形成异质结；所述透明导电薄膜层包括顶电极薄膜层以及底电极薄膜层；所述顶电极薄膜层、所述铁电性半导体薄膜层以及所述底电极薄膜层构成肖特基势垒；所述铁电性半导体薄膜层为含有氧空位的多晶型薄膜层，所述铁电性半导体薄膜层具有热释电效应。


2.根据权利要求1所述的热释电/光电双功能集成传感器件，其特征在于，所述铁电性半导体薄膜层设于所述顶电极薄膜层以及所述底电极薄膜层之间；所述顶电极薄膜层的上表面设有顶电极布线层；所述底电极薄膜层的下表面设有底电极布线层。


3.根据权利要求1所述的热释电/光电双功能集成传感器件，其特征在于，所述光电传感阵列的排列布局为二维平铺网络、六角蜂窝结构或三维堆叠网络。


4.根据权利要求1所述的热释电/光电双功能集成传感器件，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金立川，何昱杰，张岱南，向全军，廖宇龙，白飞明，钟智勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51