一种硅基ZnS薄膜紫外可见光光电探测器的制备方法技术

本发明专利技术涉及的是一种硅基ZnS薄膜紫外可见光光电探测器的制造方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。本发明专利技术是采用磁控溅射法，在p型Si衬底上制备n型ZnS薄膜，形成ZnS薄膜/Sipn结结构紫外可见光探测器，为制作高性能的紫外可见光探测器提供了新的方法。本发明专利技术是一种基于硅衬底的pn结ZnS薄膜紫外光探测器，其特点在于，采用磁控溅射法在Si片上制备颗粒尺寸均匀、质量高的ZnS薄膜样品，所制成的pn结型探测器具有高的灵敏度，且可同时探测紫外光和可见光。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及的是一种硅基ZnS薄膜紫外可见光光电探测器的制造方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。本专利技术是采用磁控溅射法，在p型Si衬底上制备n型ZnS薄膜，形成ZnS薄膜/Sipn结结构紫外可见光探测器，为制作高性能的紫外可见光探测器提供了新的方法。本专利技术是一种基于硅衬底的pn结ZnS薄膜紫外光探测器，其特点在于，采用磁控溅射法在Si片上制备颗粒尺寸均匀、质量高的ZnS薄膜样品，所制成的pn结型探测器具有高的灵敏度，且可同时探测紫外光和可见光。【专利说明】—种硅基ZnS薄膜紫外可见光光电探测器的制备方法
本专利技术涉及一种硅基ZnS薄膜的紫外可见光光电探测器的制造方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。
技术介绍
紫外探测器作为紫外告警、紫外军事通讯、紫外侦察、紫外制导以及空间防务等系统等的核心器件，已引起军方的高度重视。仅就光电对抗而言，随着红外对抗与反对抗技术的成熟和完善，紫外对抗与反对抗技术日益受到军方的关注。紫外探测器能在微弱的紫外辐射背景下轻易探测到导弹羽烟的紫外辐射及其中组分产生的化学荧光辐射，确定导弹来袭方向并发出警报，可高效保护己方飞机免受各种短程地对空、空对空导弹的攻击。相比其它探测技术，紫外探测具有虚警率低、隐蔽性高、无需低温冷却和扫描、体积小、质量轻等独特优势，已成为装备量最大的导弹逼近告警系统之一。紫外光探测器可广泛用于科研、军事、太空、环保和许多工业领域，如太空飞船中的紫外光监测器，臭氧层太阳光紫外线监测，热背景火焰探测，废气检测等。另外可用于医学、生物学等，日常生活中可作为UV-A(23(T320nm)、UV-B (28(T320nm)紫外计量计用于海滩、高山等富紫外环境的个人使用。另夕卜，在民用领域，紫外探测器可广泛应用于可燃气体和汽车尾气的监测、火灾监测、环境污染监测、细胞癌变分析及DNA测试等，具有很大的应用前景和诱人的发展潜力。目前已投入应用的紫外探测器主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、紫外图像增强管、紫外摄像管、多阳极微道板阵列(MAMA)、超高速光电管和固体宽禁带紫外探测器等。可见光探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光探测器基本上使整个近红外波带上的垂直入射光反射，并且基本上使整个可见光波长范围内的垂直入射光透射。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。在宽禁带紫外探测器的研究上，过去十年主要集中在SiC、GaN、ZnO、金刚石薄膜等材料上。本专利是制备一种紫外可见光光电探测器，可以同时探测可见光和紫外光。ZnS的优点是它与Si衬底晶格近乎完全匹配，这使得它成为在Si衬底上制作集成光电子器件的一种很有前景的材料。这是一种ZnS/Si异质结构光电探测器，能够结合ZnS的光电特性和Si的高密度电路能力，采用结型结构比普通的电阻型光电探测器速度快。在宽禁带半导体中，ZnS由于独特的性能成为很好的选择对象，包括在室温下直接禁带宽度为3.68eV,激子结合能为40meV和良好的光学性能等等。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用射频磁控溅射法在P型硅衬底上沉积η型ZnS薄膜，从而制备了硅基ZnS薄膜的结型紫外可见光光电探测器。一种硅基ZnS薄膜紫外可见光探测器的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程步骤:(a)衬底预处理:采用p型单晶娃(~0.05 Ω.cm)作为衬底,用去离子水、乙醇和丙酮分别超声清洗5-15分钟，洗去表面的杂质与有机物，放于20%HF酸中5-15分钟，随后用去离子水冲洗干净，使用氩气吹干后放入射频磁控溅射装置的真空室内； (b)ZnS薄膜生长过程:射频磁控溅射装置真空系统的真空度要保证低于7xlO_4Pa ;在沉积前，靶材要预溅射5-10分钟，以除去靶材表面杂质及污染物；工作气体为纯氩气，工作气压控制在0.3-lPa，溅射功率控制为115-135W，衬底温度为200_400°C ;沉积时间30-120分钟；最终得到ZnS薄膜； (c)ZnS薄膜退火:将薄膜在氩气氛围中退火0.5-1小时，退火温度为400-600 oC ； (d)硅基ZnS薄膜探测器的电极制作:对ZnS薄膜和P型硅分别进行掩膜，用溅射的方法在η型ZnS层和P型Si衬底上分别沉积Al和Ag ;然后将器件在氩气中退火5_15分钟，退火温度为400-600° C以形成良好的欧姆接触，最终制得以P型硅为衬底的ρη结ZnS薄膜紫外可见光探测器。同现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点: (I)ZnS具有与Si衬底晶格近乎完美的匹配，这使得它成为在Si衬底上制作集成光电子器件的一种很有前景的材料，可以获得高性能器件。(2)制备的ZnS/Si结型薄膜探测器探测光谱范围宽， 可以探测紫外光以及可见光，具有创新性与独创性。【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术一种硅基ZnS薄膜光探测器的结构示意图。图2为本专利技术一种硅基ZnS薄膜光探测器的Ι-v曲线。【具体实施方式】 现将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例本实施例的制备过程和步骤如下: (a)衬底预处理:采用P型单晶硅（~0.05 Ω.cm)作为衬底，用去离子水、乙醇和丙酮分别超声清洗5分钟，洗去表面的杂质与有机物，放于20%HF酸中10分钟，随后用去离子水冲洗干净，使用氩气吹干后放入射频磁控溅射装置的真空室内； (b)ZnS薄膜生长过程:射频磁控溅射装置真空系统的真空度要保证低于7xlO_4Pa ;在沉积前，靶材要预溅射5-10分钟，以除去靶材表面杂质及污染物；工作气体为纯氩气，工作气压控制在0.45Pa，溅射功率控制为125W，衬底温度为300°C ;最终得到ZnS薄膜； (c)ZnS薄膜退火:将薄膜在氩气氛围中退火I小时，退火温度为550°C，制的η型ZnS薄膜；霍尔效应测量表明ZnS薄膜的电子浓度约为9.6X1016cm_3 ； (d)硅基ZnS薄膜探测器的电极制作:对ZnS和p型硅分别进行掩膜，用溅射的方法在n-ZnS层和p-Si衬底上分别沉积Al和Ag ;然后将器件在氩气中退火10分钟，退火温度为500° C以形成良好的欧姆接触，最终制得以P型硅为衬底的ρη结ZnS薄膜紫外可见光探测器。本专利技术的薄膜生成方法采用了传统常用的射频磁控溅射装置。器件结构如附图1所示。获得的器件对可见光和紫外光均具有灵敏响应，如附图2所示。图2表明在波长330nm紫外光和450nm可见光照射下n-ZnS/p-Si异质结的IV特性。从图2可以发现在正向偏置条件下无论照射可见光还是紫外光电流都没有显著的变化。然而在反向偏置条件下，照射可见光或紫外光电流都会受到影响。在紫外照射下，紫外光子主要被ZnS层吸收这是由于在ZnS区域额外电子-空穴对的光学生成。由于增加载流子收集，光电流的大小是随着施加反向偏置电压的增加而增加。在可见光照射下，可见光穿透ZnS层并且主要在p-Si层被吸收。在反向偏置条件下，在P-Si层形成电子-空穴对。在低反向偏置电压(〈2V)，光电流随着施加反向偏压的增加而增加。然后在高反向偏置电压(>2V)，电流趋向于饱和，这是由于在P-Si层中光的穿透能力有限。紫外光照射下的光响应比可见光照射下低可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基ZnS薄膜紫外可见光探测器的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：（a）衬底预处理：采用p型单晶硅（~0.05 Ω·cm）作为衬底，用去离子水、乙醇和丙酮分别超声清洗5‑15分钟，洗去表面的杂质与有机物，放于20%HF酸中5‑15分钟，随后用去离子水冲洗干净，使用氩气吹干后放入射频磁控溅射装置的真空室内；（b）ZnS薄膜生长过程：射频磁控溅射装置真空系统的真空度要保证低于7x10‑4Pa；在沉积前，靶材ZnS要预溅射5‑10分钟，以除去靶材表面杂质及污染物；工作气体为纯氩气，工作气压控制在0.3‑1Pa，溅射功率控制为115‑135W，衬底温度为200‑400oC；沉积时间30‑120分钟；最终得到ZnS薄膜；（c）ZnS薄膜退火：将薄膜在氩气氛围中退火0.5‑1小时，退火温度为400‑600 oC；（d）硅基ZnS薄膜探测器的电极制作：对ZnS薄膜和P型硅分别进行掩膜，用溅射的方法在n型ZnS层和p型Si衬底上分别沉积Al和Ag；然后将器件在氩气中退火5‑15分钟，退火温度为400‑600°C以形成良好的欧姆接触，最终制得以P型硅为衬底的pn结ZnS薄膜紫外可见光探测器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王林军，杨惠敏，黄健，张磊，任兵，陶骏，张凯勋，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31