[发明专利]一种梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器

权利要求书

1.一种梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器，其特征在于：该光电探测器包括梯度掺杂n型半导体薄膜(1.1)、p-Si衬底(1.2)、电极(1.3)；所述的梯度掺杂n型半导体薄膜为梯度掺杂ZnO薄膜；所述p-Si与梯度掺杂n型半导体薄膜组成p-n结，在p-n结两端沉积薄膜电极；所述梯度掺杂方式为掺杂浓度沿远离p-n结界面的薄膜厚度方向增大或减小，以获得便于载流子输运的能带梯子和增强光生载流子有效输运的梯度场，从而实现对300～1700nm光波的自供能光电探测。

2.根据权利要求1所述的梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器，其特征在于所述梯度掺杂ZnO薄膜化学式为Zn_1-xA_xO，其中A为Mn、Mg、Ca、Sr或Pb，掺杂浓度沿远离p-n结界面的薄膜厚度方向在0x0.2范围内增大或减小，以便在梯度掺杂的ZnO薄膜内获得与p-n结内建电场同向的梯度场，实现梯度掺杂的n型半导体薄膜。

3.根据权利要求1所述的梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器，其特征在于所述梯度掺杂n型半导体薄膜是梯度掺杂Mn的ZnO薄膜，化学式为Zn_1-xMn_xO，所述Mn的掺杂浓度随薄膜厚度方向在0x0.2范围内逐渐增大，使得梯度掺杂Mn的ZnO薄膜的导带沿该薄膜厚度方向逐渐降低；构建p-Si/n-Zn_1-xMn_xO异质结结构，实现对300～1700nm光波的自供能光电探测。

4.根据权利要求1所述的梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器，其特征在于所述梯度掺杂n型半导体薄膜为梯度掺杂Mg的ZnO薄膜，其化学式为Zn_1-xMg_xO，所述Mg的掺杂浓度随薄膜厚度方向在0x0.2范围内逐渐减小，使得梯度掺杂Mg的ZnO薄膜的导带沿该薄膜厚度方向逐渐降低；构建p-Si/n-Zn_1-xMg_xO异质结结构，实现对300～1700nm光波的自供能光电探测。

5.一种用于实现权利要求3所述的梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器的方法，其特征在于包括如下实现步骤：

(1)按摩尔计量比称取(CH₃COO)₂Zn·2H₂O和(CH₃COO)₂Mn·4H₂O；将所称取的物质按0.25M溶于乙醇溶液，按乙醇溶液和乙醇胺溶液体积比100:1加入乙醇胺作为稳定剂；在50℃下搅拌30min～60min，静置24h～48h，获得旋涂用前驱体溶液；

(2)在洁净的p-Si上旋涂掺杂Mn的ZnO薄膜，低转速为500rad/min，时间为5～10s，高转速为1500～3000rad/min，时间为20s～40s；依次旋涂ZnO前驱体、Zn_1-xMn_xO前驱体，0x0.2，x随旋涂次数逐渐增大，旋涂层数为2～5层；烤干温度为150℃～200℃，烤干时间为10min～20min，烤干环境为空气环境，退火温度为450℃～650℃，退火时间为1h～3h，管式炉中充入的气体为氩气和氧气，氩气和氧气比例为19:1，压强为常压；

(3)利用磁控溅射技术在p-Si和梯度掺杂Mn的ZnO薄膜表面溅射电极，磁控溅射的功率为80～200W，压强为1-5Pa，氩气流量为20～40sccm，溅射时间为5～15min，电极厚度为100～300nm，外接铜导线，获得梯度掺杂Mn的光电探测器；

(4)在无外接电压情况下，在常温大气环境中，在光电探测器前添加快门，即可实现对300～1700nm光波的自供能探测。

6.一种用于实现权利要求4所述的梯度掺杂的宽光谱自供能光电探测器的方法，其特征在于：包括如下实现步骤：

(1)按摩尔计量比称取(CH₃COO)₂Zn·2H₂O和(CH₃COO)₂Mg·4H₂O；将所称取的物质按0.25M溶于乙醇溶液，按乙醇溶液：乙醇胺溶液体积比100:1加入乙醇胺作为稳定剂；在50℃下搅拌30min～60min，静置24h～48h，获得旋涂用前驱体溶液；

(2)旋涂的低转速为500rad/min，时间为5～10s，高转速为1500～3000rad/min，时间为20s～40s；依次旋涂Zn_1-xMg_xO前驱体，0x0.2，ZnO前驱体，x随旋涂次数逐渐减小，旋涂层数为2～5层；烤干温度为150℃～200℃，烤干时间为10min～20min，烤干环境为空气环境，退火温度为450℃～650℃，退火时间为1h～3h，管式炉中充入的气体为氩气和氧气，氩气和氧气比例为19:1，压强为常压；

(3)利用磁控溅射技术在p-Si和梯度掺杂Mg的ZnO薄膜表面溅射电极，磁控溅射的功率为80～200W，压强为1-5Pa，氩气流量为20～40sccm，溅射时间为5～15min，电极厚度为100～300nm，外接铜导线，获得梯度掺杂Mn的光电探测器；

(4)在无外接电压情况下，在常温大气环境中,在光电探测器前添加快门，即可实现对300～1700nm准光波的自供能探测。