[发明专利]一种ZnO基薄膜晶体管型紫外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外探测器及其制备方法，尤其涉及一种ZnO基薄膜晶体管型紫外波段探测器及其制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

紫外探测技术是一项继红外探测技术和激光技术之后发展起来的新型的军民两用技术，广泛应用于空间通讯、导弹预警、污染检测以及生物医学等领域。目前市场上还是以技术较成熟的传统商用光电倍增管和硅基紫外探测器为主。未见薄膜晶体管结构的紫外探测器报道。

ZnO是一种重要的新型宽禁带半导体材料，具有直接带隙能带结构，室温禁带宽度3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，可见光透过率高，物理化学性质稳定，原料丰富等优点。相对于传统的光电倍增管和硅基紫外探测器，基于第三代宽禁带半导体ZnO基材料的紫外探测器可避免使用复杂昂贵的滤光片，并且其具有工作电压较低、能耗较小、体积小、重量轻等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备成本低、工艺简单易于生产，且灵敏度极高的ZnO基薄膜晶体管型紫外探测器及其制备方法。

本发明的ZnO基薄膜晶体管型紫外探测器，自下而上依次有低阻Si层、SiO₂绝缘层、ZTO（ZnSnO）沟道层、纳米Al颗粒层和Al电极。制备方法包括以下步骤：

1）将Zn（NO₃）₂·6H₂O溶解于2-甲氧基乙醇，并添加乙酰丙酮和NH₃·H₂O， Zn（NO₃）₂·6H₂O、乙酰丙酮与NH₃·H₂O的摩尔比为1:1:3，室温下搅拌至少12 h，获得A溶液；

将SnCl₂·2H₂O和NH₄NO₃溶解于2-甲氧基乙醇，并添加乙酰丙酮和NH₃·H₂O， SnCl₂·2H₂O、NH₄NO₃、乙酰丙酮与NH₃·H₂O的摩尔比为1:1: 1:1.5，室温下搅拌至少12 h，获得B溶液；

用孔径为0.21 μm的尼龙滤头分别对A溶液和B溶液进行过滤，再将过滤后的两滤液按Zn:Sn摩尔比为x:1-x混合，x=0.3～0.5，将混合溶液超声至少5次，每次20～30 min，陈化12～24 h后得到Zn_xSn_（1-x）O前驱体，x=0.3～0.5；

2）在洁净的电阻率为0.001～0.005 Ω·cm的低阻Si片（1）上制备厚度为150～300 nm的SiO₂绝缘层（2），再在SiO₂绝缘层（2）上旋涂步骤1）的Zn_xSn_（1-x）O前驱体，转速为3500～4500 r/min，旋涂35 s，旋涂后在200～400 ℃退火30 min，旋涂并退火若干次后在SiO₂绝缘层（2）上获得厚度为20～80 nm的ZTO沟道层（3）；

3）将步骤2）处理后的样品放入热蒸发设备中，抽真空至2×10^-4 Pa，以纯度为99.999%的Al颗粒为蒸发源，在ZTO沟道层（3）上蒸镀厚度为1～10 nm的纳米Al颗粒层（4）；

4）在上述的纳米Al颗粒层（4）上蒸镀厚度为70～100 nm的Al电极（5），获得ZnO基薄膜晶体管型紫外探测器。

本发明的ZnO基薄膜晶体管型紫外探测器的工作原理是：在一定的源漏电压下，通过控制栅极偏压使紫外探测器工作在耗尽区，此时由于采用薄膜晶体管型的特殊结构，使得紫外探测器的暗电流很小；当有紫外光照射时，沟道层的ZTO吸收紫外光产生光生载流子，形成较大的源漏电流，即形成紫外探测器的光电流，进行紫外探测。

本发明的有益效果在于：

1）通过燃烧法配制ZTO前驱体，反应内能大，后续可在低温下退火；

2）本发明的紫外探测器采用薄膜晶体管型的特殊结构，具有极小的暗电流，可以获得高于其他类型紫外探测器数百倍的灵敏度；

3）本发明的紫外探测器结构简单，其制备方法简便且成本低，在军事、民用以及一些特殊领域有重要的应用价值。

附图说明