钽酸钠薄膜紫外光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种以NaTaO3薄膜为基体材料，以Au、Pt或Ni为金属电极的NaTaO3薄膜紫外光探测器及其制备方法。其是在金属钽片上生长一层NaTaO3薄膜，进而通过磁控溅射技术在覆盖有掩膜板的NaTaO3薄膜上溅射一层金属，掩膜板上具有插指电极结构，据此在薄膜上形成金属插指状电极；本发明专利技术制备的NaTaO3薄膜紫外光探测器具有制备方法简单，成本低廉，有望大规模生产的特点，对波长220nm-330nm的紫外线具有良好的检测性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电探测
，具体涉及一种以钽酸钠(NaTaO3)薄膜为基体材料，以Au、Pt或Ni为金属电极的NaTaO3薄膜紫外光探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外探测技术是继激光、红外及可见光探测以外的又一门新兴探测技术，在国防、 紫外天文学、燃烧工程、导弹尾焰探测、紫外告警、生物细胞癌变检测和涡轮引擎燃烧效率监测等方面所表现出来的巨大应用前景使其成为近年来光电探测领域的热点。目前制造紫外探测器的半导体材料主要集中为氮化镓、金刚石膜、碳化硅和氧化锌等。由于这些材料的制备工艺难度大，器件的制作工艺复杂，造成紫外探测技术发展缓慢。为了摆脱这些问题，人们积极展开研究工作，寻找性能优越、价格低廉、工艺简单的可替代材料，探索新的器件制备工艺。近几年，由于良好的光电性能，钙钛矿材料逐渐被用于光电器件的研制。作为钙钛矿材料的一种，NaTaO3W物理化学性质稳定，并且在整个日盲区显现出了优异的光电特性，因此可作为制作日盲型紫外探测器的基体材料。传统的薄膜生长法是溶胶-凝胶法，但是溶胶-凝胶法工艺复杂，多次涂膜可能会导致基底材料出现龟裂，进而影响光电性能；而固相反应法制得的材料粒径较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以水热合成法制备的NaTaO3薄膜为基体材料的金属-半导体-金属结构NaTaO3薄膜紫外光探测器及该探测器的制备方法。采用水热法制备NaTaO3薄膜，摆脱了溶胶_凝胶工艺多次涂膜可能导致膜裂的缺点，也可克服固相反应法材料粒径过大的问题，同时为大规模制备工艺简单、成本低、缺陷密度较低、结晶度良好的紫外探测器基体材料提供了新的渠道，因此具有重要的应用价值。本专利技术所述的水热合成法制备的NaTaO3薄膜紫外光探测器，从下至上依次由金属钽片衬底，采用水热合成法在金属钽片上生长的NaTaO3薄膜，在NaTaO3薄膜上采用磁控溅射法制备的Au、Pt或M金属插指电极组成，待探测的紫外光从金属插指电极的上方入射； NaTaO3薄膜的厚度为0. 5 2 μ m，金属插指电极的厚度为0. 03 0. 15 μ m,插指电极的宽度为0. 5 1mm，插指电极的间距为0. 5 1mm。本专利技术所述的水热法NaTaO3薄膜紫外光探测器的制备步骤如下1、衬底的清洗将金属钽片衬底用离子水清洗干净，然后用氮气吹干；2、水热合成法NaTaO3薄膜的制备将2 3克氢氧化钠溶解在10 15毫升去离子水中，然后将氢氧化钠溶液置于反应釜中，把金属钽片放入反应釜中并将反应釜密封，然后把反应釜放在电阻炉内，将温度调到130 200°C加热10 Mh ；将反应釜取出后冷却至室温，再将钽片取出，先用去离子水冲洗钽片，再用氮气吹干，从而在钽片上得到厚度为0. 5 2 μ m的NaTaO3薄膜；3、采用磁控溅射技术在NaTaO3薄膜上制备金属插指电极采用磁控溅射技术制备金属电极，在NaTaO3薄膜上覆盖一个与插指电极结构互补的掩膜板，将NaTaO3薄膜与掩膜板一并置于真空室中，抽真空至1. OX 10_3 5. OX 10_3Pa ； 然后通Ar气，溅射气压为0. 3 1. 2Pa,溅射功率为40 110W，溅射时间5 30分钟，溅射钯为Au、Pt或Ni钯，溅射得到的插指电极的厚度为0. 03 0. 15 μ m ；最后将NaTaO3薄膜上的掩膜板去掉，从而得到金属插指电极，其中插指电极宽度为0. 5 1mm，插指电极间距为0. 5 Imm ；至此制备得到金属-半导体(NaTaO3)-金属平面结构NaTaO3薄膜紫外光探测器。附图说明图1 本专利技术所制备器件的结构示意图；图2器件的电流-电压特性曲线(膜厚0.5 μ m)；图3器件的电流-电压特性曲线(膜厚1 μ m)；图4器件的电流-电压特性曲线(膜厚2 μ m)。如图1所示，各部分名称为金属钽片衬底1，NaTaO3薄膜2，插指电极3，紫外光4 直接照射在插指电极3间的NaTaO3薄膜上，从而产生光电流；如图2所示，曲线1为膜厚为0. 5 μ m时，在135 μ ff/cm2的紫外光照射下，器件的 I-V曲线；曲线2为器件在没有光照下的I-V曲线；IOV偏压下，暗电流是37nA，光电流相对于暗电流提高了 4倍多。如图3所示，曲线1为膜厚为1 μ m时，在135 μ ff/cm2的紫外光照射下，器件的I_V 曲线；曲线2为器件在没有光照下的I-V曲线；IOV偏压下，暗电流是41nA，光电流相对于暗电流提高了近5倍。如图4所示，曲线1为膜厚为2μπι时，在135μ W/cm2的紫外光照射下，器件的I_V 曲线；曲线2为器件在没有光照下的I-V曲线；IOV偏压下，暗电流是50nA，光电流相对于暗电流提高了 4倍多。具体实施例方式实施例1 首先采用水热合成法在干净的金属衬底上生长一层厚度为0. 5 μ m厚的NaTaO3薄膜。将2克氢氧化钠溶解在14毫升去离子水中，然后将氢氧化钠溶液置于反应釜中， 把钽片(16mmX12mmXlmm)放入反应釜中并将反应釜密封，接着把反应釜放在电阻炉内， 将温度调到150°C加热9h ；将反应釜取出后冷却至室温，再将钽片取出，先用去离子水冲洗，再用氮气吹干。在制备好的NaTaO3薄膜上覆盖一个与插指电极结构互补的掩膜板。采用磁控溅射技术在插指图形上溅射一层金属将样品置于真空室中，抽真空至3. OXKT3Pa ；然后通Ar 气，溅射气压为0. 8Pa，溅射功率为80W，溅射时间为6分钟，溅射钯为Au钯；将覆盖其上的掩膜板去掉，即得到金属插指电极，其中插指电极的厚度为120nm，插指电极宽度为1mm，插指电极间距为1mm。据此得到Au-NaTaO3-Au平面结构NaTaO3薄膜紫外光探测器如图1所不；制作好器件之后，对其光电特性进行了测试。由图2所示，器件的暗电流是37nA， 当紫外光照在器件上时，器件电流所提高，即出现一定程度的光响应。在IOV偏压下， 135 μ W/cm2紫外光照射下光电流可以达到0. 16μΑ，光、暗电流相差4倍多。通过公式计算出的响应度为9. 2mA/W。实施例2 采用水热合成法在金属衬底上生长一层厚度为1 μ m厚的NaTaO3薄膜。将2. 6克氢氧化钠溶解在14毫升去离子水中，然后将氢氧化钠溶液置于反应釜中，把钽片(16mmX12mmXlmm)放入反应釜中并将反应釜密封，接着把反应釜放在电阻炉内，将温度调到150°C加热12h ；将反应釜取出后冷却至室温，再将钽片取出，先用去离子水冲洗，再用氮气吹干。在制备好的NaTaO3薄膜上覆盖一个与插指电极结构互补的掩膜板。采用磁控溅射技术在插指图形上溅射一层金属将样品置于真空室中，抽真空至3. OXKT3Pa ；然后通Ar 气，溅射气压为0. 8Pa，溅射功率为80W，溅射时间为6分钟，溅射钯为Au钯；将覆盖其上的掩膜板去掉，即得到金属插指电极，其中插指电极的厚度为120nm，插指电极宽度为1mm，插指电极间距为1mm。制作好器件之后，对其光电特性进行了测试。由图3所示，器件的暗电流是41nA， 当紫外光照在器件上时，器件电流所提高，即出现一定程度的光响应。在IOV偏压下， 135 μ W/cm2紫外光照射下光电流可以达到0. 18μΑ，光、暗电流相差近5倍。通过公式计算出的响应度为10mA本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种采用水热合成法制备的ＮａＴａＯ３薄膜紫外光探测器，其特征在于：从下至上依次由金属钽片（１）衬底，采用水热合成法在金属钽片上生长的ＮａＴａＯ３薄膜（２），在ＮａＴａＯ３薄膜上采用磁控溅射法制备的Ａｕ、Ｐｔ或Ｎｉ金属插指电极（３）组成，待探测的紫外光（４）从金属插指电极（３）的上方入射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮圣平，张敏，张海峰，刘彩霞，冯彩慧，周敬然，陈维友，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82