[发明专利]一种基于非晶氧化镓基薄膜晶体管的深紫外光电探测器

说明书

本发明公开了一种基于非晶氧化镓基薄膜晶体管的深紫外光电探测器，包括薄膜晶体管，所述晶体管包括衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、源电极和漏电极；所述沟道层为非晶氧化镓基薄膜；所述薄膜晶体管为底栅结构，所述衬底上设有栅电极，栅电极外覆盖有栅介质层，栅介质层上部分覆盖有沟道层，沟道层的两端部分别设有源电极和漏电极；或，所述薄膜晶体管为顶栅结构，所述衬底覆盖有沟道层，沟道层上部分覆盖有栅介质层，栅介质层的两端部分别设有源电极和漏电极，栅介质层上设有栅电极。本发明提供的深紫外光电探测器在深紫外光(<320nm)照射下响应度较高、功耗低；且制备方法简单，可大面积集成、与柔性衬底兼容。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种基于非晶氧化镓基薄膜晶体管的深紫外光电探测器。

背景技术

深紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后兴起的另一种光电探测技术。在军事方面，深紫外探测器可应用于生化分析、导弹制导、导弹预警、深紫外线通信和飞行跟踪等领域；在民用方面，可应用于臭氧检测、燃烧工程、环境污染监测、生物医药分析等领域。

目前，半导体深紫外探测器主要包含光电导型、肖特基型和PN结型等三种。如公开号为CN106449857A的中国专利文献公开了一种基于双层或三层氮掺杂石墨烯/二氧化钛纳米管阵列肖特基结的紫外光电探测器及其制备方法；公开号为CN108231953A的中国专利文献公开了一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器的制备方法；公开号为CN201032635的中国专利文献公开了一种PIN结构4H-SiC紫外光电探测器。与上述深紫外探测器相比，薄膜晶体管型深紫外探测器具有集成度高、栅压可调控、功耗低、探测灵敏度高、与柔性衬底兼容等优点。

目前，研究最为广泛的氧化铟镓锌(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)薄膜晶体管性能优异，已被应用于液晶显示面板中。然而，因为IGZO带隙较小，约3.0-3.2eV，对应的深紫外光电探测器的探测波长约387-413nm，所以IGZO薄膜晶体管型深紫外光电探测器的探测范围小，使用时需要滤除可见光。与此相比，氧化镓禁带宽度大，室温下约4.5-4.9eV，天然地避免了这些问题，非常适合用于深紫外光电探测器。但氧化镓通常被当做是绝缘材料。基于此，如何实现化镓从绝缘体到半导体的转变，是制备非晶氧化镓基薄膜晶体管深紫外探测器的一个方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于非晶氧化镓基薄膜晶体管深紫外光电探测器，可在深紫外光(<320nm)照射下产生相应电流、功耗低；且制备方法简单，可大面积集成、与柔性衬底兼容。

本发明提供如下技术方案：

一种基于非晶氧化镓基薄膜晶体管的深紫外光电探测器，包括薄膜晶体管，所述晶体管包括衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、源电极和漏电极；所述沟道层为非晶氧化镓基薄膜；

所述薄膜晶体管为底栅结构，所述衬底上设有栅电极，栅电极外覆盖有栅介质层，栅介质层上部分覆盖有沟道层，沟道层的两端部分别设有源电极和漏电极；或，

所述薄膜晶体管为顶栅结构，所述衬底覆盖有沟道层，沟道层上部分覆盖有栅介质层，栅介质层的两端部分别设有源电极和漏电极、栅介质层上设有栅电极。

在本发明中，采用非晶氧化镓基薄膜作为沟道层，所述沟道层可采用溶液法、化学气相沉积法或物理气相沉积法制备而成。相对于晶相氧化镓，可以在低温下制备大面积和均匀的非晶薄膜。

所述非晶氧化镓基薄膜包括非晶氧化镓和掺杂元素，所述掺杂元素选自锌、镁、锡、硅、镉或铟中的一种或至少两种的组合；所述掺杂元素与镓元素的原子比为0.01-0.25:0.75-0.99。