[发明专利]钽酸钠薄膜紫外光探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电探测技术领域，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。

背景技术

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，NaTaO₃的物理化学性质稳定，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。

发明内容

本发明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。

本发明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Ni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0.5～2μm，金属插指电极的厚度为0.03～0.15μm，插指电极的宽度为0.5～1mm，插指电极的间距为0.5～1mm。

本发明所述的水热法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℃加热10～24h；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0.5～2μm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1.0×10^-3～5.0×10^-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0.03～0.15μm；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0.5～1mm；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：本发明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0.5μm)；

图3器件的电流-电压特性曲线(膜厚1μm)；

图4器件的电流-电压特性曲线(膜厚2μm)。