[发明专利]一种硫化锑光电晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硫化锑光电晶体管及其制备方法，所述光电晶体管自下而上依次包括衬底、吸光PN结和表面金属电极，所述衬底包括重掺杂Si栅极和设于其上的SiO₂层，所述吸光PN结包括N型TiO₂层和设于其上的P型Sb₂S₃吸光层，所述表面金属电极为源、漏金属电极。该光电晶体管有利于利用栅极电压调控光、电信号，而且结构简单，制造成本低。

技术领域

本发明属于光电晶体管领域，具体涉及一种硫化锑光电晶体管及其制备方法。

背景技术

硫化锑（Sb₂S₃）是一种具有单一稳定相的二元半导体化合物，可以避免其它二次相的形成，是三维薄膜光电探测器的常用材料。特别是，Sb₂S₃具有1.7 eV～1.8 eV的禁带，在可见光范围内吸收系数高达10⁵ cm⁻¹，具有丰富和环保的组分元素，以及优良的空气稳定性，因此在太阳能电池及光电探测器中获得了广泛的关注。光电晶体管由于其简单的制备方法，开关速度快等优点，已经成为薄膜光电探测器的重点关注对象。目前的光电晶体管多数是以一层光吸收层作为导电沟道，栅压直接作用在沟道上，分离载流子，而在另一种重要的薄膜光电二极管中，其内建电场也具有分离载流子的作用，两者都能提升探测器的性能。目前缺乏一种基于硫化锑薄膜的光电晶体管能综合栅压分离载流子和内建电场分离载流子两种作用的器件。利用栅极电压调控PN结，可以增强载流子分离能力，提升光电流，增强光响应能力，还可以实现自身的开关。栅压调控电信号与栅压调控PN结的结合可以显著改善器件的光探测能力和电开关能力，拓宽硫化锑薄膜探测器的应用范围，并且有望用于高灵敏度、快速响应的器件上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫化锑光电晶体管及其制备方法，该光电晶体管有利于利用栅极电压调控光、电信号，而且结构简单，制造成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种硫化锑光电晶体管，所述光电晶体管自下而上依次包括衬底、吸光PN结和表面金属电极，所述衬底包括重掺杂Si栅极和设于其上的SiO₂层，所述吸光PN结包括N型TiO₂层和设于其上的P型Sb₂S₃吸光层，所述表面金属电极为源、漏金属电极。

进一步地，所述光电晶体管为三端无源器件，三端分别为源极、漏极和栅极，器件的光电响应电流通过栅极电压调控。

进一步地，上表面的源极、漏极施加的工作电压为-5 V ~ 5 V，下表面的栅极施加的工作电压为-20 V ~ 20 V。

进一步地，所述衬底为重掺P型Si/SiO₂片，其中，Si栅极为重掺杂的P型Si，SiO₂层为绝缘介质层，SiO₂层的厚度为50 nm ~ 100 nm。

进一步地，所述N型TiO₂层为PN结区中的N型层，厚度为60 nm ~ 120 nm。

进一步地，所述P型Sb₂S₃吸光层为Sb₂S₃薄膜，厚度为200 nm ~ 500 nm。

进一步地，所述源、漏金属电极之间的宽度为50 μm ~ 200 μm，源、漏金属电极的长度为200 μm ~ 2000 μm，源、漏金属电极的厚度为50 nm ~ 150 nm。

进一步地，所述源、漏金属电极的材质为铝、银或金。

本发明还提供了所述硫化锑光电晶体管的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备衬底：获取Si/SiO₂片，并将其切成设定边长的正方形，分别使用去离子水、丙酮、无水乙醇进行超声清洗，用氮气吹干；