[发明专利]一种硅基PiN紫外光电二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅基PiN紫外光电二极管，包括铝电极和镍电极，两电极之间依次附有N型硅衬底、i层氧化镍薄膜和P型氧化镍薄膜。其制备方法是采用磁控溅射设备，利用氧化镍在硅上沉积成膜，形成PiN异质结结构，氧化镍薄膜可作为紫外光吸收层，解决了硅器件的紫外响应问题，制备过程简单易行。

技术领域

本发明属于可扩展硅光控二极管技术领域，具体涉及一种硅基PiN紫外光电二极管及其制备方法。

背景技术

硅在近紫外到近红外区有较高的灵敏度，但由于其频带(1.12eV)的限制,只限于在1.1μm波长以下使用，限制在紫外光电领域的发展，与红外、可见光波段探测相比，半导体紫外光电探测器有以下优点：对可见及红外波段是“可见盲”或“日盲”，可以防止太阳光及其它可见光、红外光等自然光源的干扰，结构简单、响应速度快、可靠性高、体积小等。为了使硅基光电器件可受控于紫外光源，在硅衬底上制备NiO薄膜，NiO是直接宽带隙半导体材料，不仅在发光器件应用方面有独特的优势，而且作为探测器可以实现窄的波长响应和较高的光谱响应度。2017年，Bhaskar Parida,Seongjun Kim等在论文《Nanostructured-NiO/Si heterojunction photodector》中采用了溶胶凝胶法制备了NiO/Si异质结，结果表明异质结具有良好的整流特性，且具有一定的光响应，但响应速度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基PiN结构紫外光电二极管，解决了硅基光电器件紫外光控问题。

本发明另一目的是提供该二极管的制备方法。

本发明所采用的一个技术方案是，一种硅基PiN紫外光电二极管，包括铝电极和镍电极，两电极之间由铝电极向镍电极方向依次附有N型硅衬底、i层氧化镍薄膜和P型氧化镍薄膜。

优选地，上述i层氧化镍薄膜厚度为30nm-100nm，P型氧化镍薄膜厚度为30nm-100nm。

本发明所采用的另一个技术方案是，上述硅基PiN紫外光电二极管的制备方法，包括以下步骤：

(1)对N型硅衬底进行RCA清洗；

(2)利用磁控溅射设备，在N型硅衬底上沉积出i层氧化镍薄膜；

(3)利用磁控溅射设备，在i层氧化镍薄膜上沉积出P型氧化镍薄膜；

(4)在P型氧化镍薄膜上沉积镍电极；

(5)在硅片背面沉积铝电极；

(6)退火，形成欧姆接触。

优选地，上述i层氧化镍薄膜的沉积工艺为：沉积过程只通入氩气，沉积时间控制为0.1h-2h，沉积压强控制为1Pa-5Pa，溅射功率控制为80W-160W。溅射时间决定了i层厚度，溅射压强影响镀膜速率，功率影响沉积薄膜的质量，在此范围内，能得到具有较高紫外光响应度的i层氧化镍薄膜。

优选地，上述P型氧化镍薄膜的沉积工艺为：沉积过程中同时通入氩气和氧气，二者流量比为1:1，沉积时间控制为0.1h-2h，沉积压强控制为1Pa-5Pa，溅射功率控制为80W-160W。溅射时间决定了p型氧化镍厚度，溅射压强影响镀膜速率，功率影响沉积薄膜的质量，在此范围内，能得到具有较高紫外光响应度的P层氧化镍薄膜。氩气流量和氧气流量比为1:1时，所形成的P型氧化镍薄膜结晶质量最好。

优选地，上述退火温度为400℃-600℃，退火时间为60S-500S。