專利名稱：一種p-n異質(zhì)結(jié)光探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用錯(cuò)配層鈷氧化合物/摻鈮鈦酸鍶ρ-η異質(zhì)結(jié)制作的光探測器，屬于薄膜光探測器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，利用氧化物異質(zhì)結(jié)的光生伏特效應(yīng)制作的新型光探測器備受關(guān)注，和傳 統(tǒng)的用半導(dǎo)體材料制成的光子探測器相比，根據(jù)氧化物異質(zhì)結(jié)光生伏特效應(yīng)制做的光探測 器價(jià)格低廉、信噪比好、不需要制冷，且可以根據(jù)選則不同禁帶寬度的氧化物材料來制成光 譜響應(yīng)范圍不同的光探測器。以鉍鍶鈷氧(Bi2Sr2Co2Oy)和鈣鈷氧(Ca3Co4O9)為代表的錯(cuò)配層鈷氧化合物是近年 來新發(fā)現(xiàn)的一種P型導(dǎo)電氧化物熱電材料，其空穴濃度在室溫下約為102°-1021/cm3，和η型 導(dǎo)電的摻鈮鈦酸鍶(SivxNbxTiCVO. 01 ≥ χ ≥ 0. 004))中的電子濃度很接近。如果在摻鈮 鈦酸鍶單晶基底上外延生長一層鉍鍶鈷氧和鈣鈷氧薄膜，則構(gòu)成了一種全新的氧化物Ρ-η 異質(zhì)結(jié)。當(dāng)光照射在異質(zhì)結(jié)上，根據(jù)Ρ-η異質(zhì)結(jié)的光生伏特效應(yīng)則可以直接產(chǎn)生電壓信號， 利用此原理即可制作鉍鍶鈷氧(鈣鈷氧)/摻鈮太酸鍶異質(zhì)結(jié)光探測器。此外，室溫下鉍鍶 鈷氧和鈣鈷氧的禁帶寬度分別只有0. 6eV和1. Oev,因此利用鉍鍶鈷氧(鈣鈷氧)/摻鈮鈦 酸鍶異質(zhì)結(jié)制作的光探測器可以響應(yīng)從紫外一直到紅外很寬頻段的光。但截至目前為止， 并沒有見到有關(guān)此類探測器的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過在摻鈮鈦酸鍶單晶基底上外延生長 一層錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜的Ρ-η異質(zhì)結(jié)光探測器。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種ρ-η異質(zhì)結(jié)光探測器，它由摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜組 成，錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜采用脈沖激光沉積技術(shù)或金屬有機(jī)沉積技術(shù)外延生長在摻鈮鈦 酸鍶單晶基底上，在摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜上各有一個(gè)采用熱蒸 發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術(shù)沉積在基底和薄膜表面的電極，兩個(gè)電極分別通過電極 引線與電壓信號輸出端相連接。上述ρ-η異質(zhì)結(jié)光探測器，所述的錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜為鈣鈷氧或鉍鍶鈷氧薄 膜，薄膜的厚度為20nm-200nm。上述ρ-η異質(zhì)結(jié)光探測器，所述的兩個(gè)電極為金屬Pt、Au、Ag、Al或In制作。上述ρ-η異質(zhì)結(jié)光探測器，所述的電極引線的一端用導(dǎo)電銀膠直接粘在兩個(gè)電極 上或用焊錫焊接在電極上，電極引線為Au、Ag或Cu的細(xì)導(dǎo)線，直徑為0. 01-0. 2mm。上述Ρ-η異質(zhì)結(jié)光探測器，所述的兩根電極引線的輸出端并聯(lián)一個(gè)阻值為 0. 1-50 Ω的電阻。本發(fā)明所提供的利用錯(cuò)配層鈷氧化合物/摻鈮鈦酸鍶ρ-η異質(zhì)結(jié)制作的光探測器的優(yōu)點(diǎn)在于制備簡單、成本低廉、不需要制冷、不需要任何輔助的電源和電子設(shè)備、響應(yīng)波段寬。


圖1是本發(fā)明p-n異質(zhì)結(jié)光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記如下1、摻鈮鈦酸鍶單晶基片 2、錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜3、第一電極 4、第二電極5、第一電極引線6、第二電極引線7、并聯(lián)電阻圖2為=Bi2Sr2Co2OiZSra99NbacilTiO3異質(zhì)結(jié)光探測器對XeCl激光器輸出激光(波 長308nm，脈寬25ns)的電壓信號響應(yīng)圖。圖2中插圖為該光探測器的測量結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為Bi2Sr2Co208/SrQ. 99Nb0.01Ti03異質(zhì)結(jié)光探測器并聯(lián)50歐姆電阻后對XeCl激 光器輸出激光(波長308nm，脈寬25ns)的電壓信號響應(yīng)圖。圖4為=Ca3Co4CVSra993Nbac1c17TiO3異質(zhì)結(jié)光探測器對XeCl激光器輸出激光(波長 308nm，脈寬25ns)的電壓信號響應(yīng)圖。圖5為=Bi2Sr2Co2CVSra 996Nbacici4TiO3異質(zhì)結(jié)光探測器對Nd:YAG激光器輸出激光 (波長1064nm，脈寬25ps)的電壓信號響應(yīng)圖。
具體實(shí)施例方式圖1中顯示，本發(fā)明是在摻鈮鈦酸鍶單晶基底1上利用已知的脈沖激光沉積技術(shù) 或金屬有機(jī)沉積技術(shù)外延生長一層錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜2。摻鈮鈦酸鍶單晶基底1的鈮摻雜量的范圍為0. 4% -1%之間；錯(cuò)配層鈷氧化合物 薄膜2可以選用鈣鈷氧或鉍鍶鈷氧薄膜，薄膜厚度為20nm-200nm。在摻鈮鈦酸鍶單晶基底1和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜2上各有一個(gè)電極，電極材料 可以選用金屬Pt、Au、Ag、Al或In，利用已知的熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術(shù)沉積 在在摻鈮鈦酸鍶單晶基底1和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜2表面。兩個(gè)電極分別為第一電極3 和第二電極4，第一電極3設(shè)置在錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜2表面，第二電極4設(shè)置在摻鈮鈦 酸鍶單晶基底2上。第一電極3、第二電極4分別與第一電極引線5、第二電極引線6相連接，兩電極引 線的一端用導(dǎo)電銀膠直接粘在兩個(gè)電極上或用焊錫焊接在電極上，電極引線可以選用Au、 Ag或Cu的細(xì)導(dǎo)線，直徑為0.01-0. 2mm。兩電極引線的另一端接到電壓信號輸出端上，為提 高探測器的響應(yīng)速度，也可以在兩根電極引線的輸出端并聯(lián)一個(gè)阻值為0. 1-50 Ω的并聯(lián) 電阻7。以下是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例1 對脈寬為25ns的308nm XeCl準(zhǔn)分子激光器輸出激光探測的 Bi2Sr2Co2O8ZSra99NbatllTiO3 異質(zhì)結(jié)光探測器。1.選用已知的脈沖激光沉積技術(shù)在Sra99NbatllTiO3(OOl)單晶基底上外延生長一 層厚度為IOOnm的Bi2Sr2Co2O8熱電薄膜；2.利用已知的熱蒸發(fā)方法分別在Bi2Sr2Co2O8薄膜表面和Sra99NbatllTiO3單晶基底 上制備兩個(gè)Ag電極，電極直徑為0. 5mm ；3.用導(dǎo)電銀膠將直徑為0. Imm的兩根銅導(dǎo)線分別粘在兩個(gè)銀電極上作為兩個(gè)電級的引線；4.將兩根電極引線的另一端接在作為輸出電壓信號測試端的示波器上，示波器輸 入阻抗選用1兆歐姆檔；5.選用500兆示波器，用上述Bi2Sr2Co2CVSra99NbacilTiO3薄膜光探測器，測量準(zhǔn)分 子XeCl激光器(輸出波長為308nm，脈寬為25ns)照射在探測器上產(chǎn)生的電壓信號輸出。圖2是示波器記錄下來的308nm的XeCl激光器照射到該探測器表面上時(shí)產(chǎn)生的 輸出電壓信號的波形圖。可以看出，ImJ的激光能量能產(chǎn)生高達(dá)820mV的電壓信號，具有很 高的探測靈敏度；探測器的響應(yīng)速度較慢，上升沿時(shí)間和半寬度分別約為190 μ s和24ms。實(shí)施例2 對脈寬為25ns的308nm XeCl準(zhǔn)分子激光器輸出激光探測的 Bi2Sr2Co208/Sr0.993Nb0.007Ti03 異質(zhì)結(jié)光探測器。1.同實(shí)施例1中步驟1-3 ；4.在兩根電極引線之間并聯(lián)一個(gè)50歐姆的電阻；
5.同實(shí)施例1中步驟4-5 ；圖3是示波器記錄下來的308nm的XeCl激光器照射到該探測器表面上時(shí)產(chǎn)生的 輸出電壓信號的波形圖。可以看出，由于并聯(lián)了一個(gè)小電阻，探測器的響應(yīng)速度提高，信號 上升沿時(shí)間和半寬度分別由實(shí)施例1中的190 μ S和24ms提高到23 μ s和400 μ s。實(shí)施例3 對脈寬為25ns的308nm XeCl準(zhǔn)分子激光器輸出激光探測的Ca3Co4O9/ Sr0.993Nb0.007Ti03異質(zhì)結(jié)光探測器。1.選用已知的有機(jī)化學(xué)溶液沉積技術(shù)在Sra 993Nbacici7TiO3(OOl)單晶基底上外延生 長一層厚度為300nm的Ca3Co4O9熱電薄膜；2.同實(shí)施例1中步驟2-4 ；5.選用500兆示波器，用上述Ca3C04CVSra 993Nbacici7TiO3異質(zhì)結(jié)光探測器，測量準(zhǔn) 分子XeCl激光器(輸出波長為308nm，脈寬為25ns)照射在探測器上的電壓信號輸出。圖4是示波器記錄下來的308nm的XeCl激光器照射到該探測器表面上時(shí)產(chǎn)生的 輸出電壓信號的波形圖。可以看出，當(dāng)照射在薄膜上的激光能量為ImJ時(shí)，輸出電壓信號的 幅值高達(dá)108mV，同樣具有很高的探測靈敏度；該探測器的輸出電壓信號的上升沿時(shí)間和 半寬度分別為110μ s和3ms。實(shí)施例4 對脈寬為25ps的Nd:YAG激光器輸出激光(輸出波長為1064nm)探測 的 Bi2Sr2Co208/Sr。.996Nb。.。。4Ti03 異質(zhì)結(jié)光探測器。1.選用已知的化學(xué)溶液沉積技術(shù)在Sra 996Nbacici4TiO3(OOl)單晶基片上外延一層厚 度為20nm的Bi2Sr2Co2O8熱電薄膜；2.利用已知的磁控濺射方法分別在Bi2Sr2Co2O8薄膜表面和Sra 996Nbatltl4TiO3基底 上制備兩個(gè)Au電極，電極直徑為0. 3mm ；3.用焊錫將直徑為0. Imm的兩根Ag導(dǎo)線分別焊接在兩個(gè)Au電極上作為兩個(gè)電極 的引線；4.將兩根電極引線的另一端接在作為輸出電壓信號測試端的示波器上，示波器輸 入阻抗選用1兆歐姆檔；5.選用500兆示波器，用上述Bi2Sr2Co2O8薄膜光探測器，測量Nd: YAG激光器(輸 出波長為1064nm，脈寬為25ps)照射在探測器上的電壓信號輸出。
圖5是示波器記錄下來的Nd: YAG激光器(25ps，1064nm)照射到該探測器表面上時(shí)產(chǎn)生的輸出電壓信號的波形圖。可以看出，當(dāng)照射到薄膜表面上的激光能量為ImJ時(shí)，輸 出電壓信號達(dá)到了 60mV，電壓信號的上升沿時(shí)間為40ns，半寬度為230ns，因此該探測器可 以探測紅外波段的光且響應(yīng)速度較快。本發(fā)明列舉的實(shí)施例旨在更進(jìn)一步地闡明這種p-n異質(zhì)結(jié)光探測器的制備方法， 而不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
一種p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，其特征在于它由摻鈮鈦酸鍶單晶基底(1)和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜(2)組成，錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜(2)采用脈沖激光沉積技術(shù)或金屬有機(jī)沉積技術(shù)外延生長在摻鈮鈦酸鍶單晶基底(1)上，在摻鈮鈦酸鍶單晶基底(1)和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜(2)上各有一個(gè)采用熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術(shù)沉積在基底和薄膜表面的電極，兩個(gè)電極分別通過電極引線與電壓信號輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，其特征在于所述的錯(cuò)配層鈷氧化合 物薄膜(2)為鈣鈷氧或鉍鍶鈷氧薄膜，薄膜的厚度為20nm-200nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，其特征在于所述的兩個(gè)電極為金屬 Pt、Au、Ag、Al 或 In 制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，其特征在于所述的電極引線的一端 用導(dǎo)電銀膠直接粘在兩個(gè)電極上或用焊錫焊接在電極上，電極引線為Au、Ag或Cu的細(xì)導(dǎo) 線，直徑為0. 01-0. 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，其特征在于所述的兩根電極引線的 輸出端并聯(lián)一個(gè)阻值為0. 1-50 Q的電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，屬于薄膜光探測器技術(shù)領(lǐng)域，所要解決的技術(shù)問題是提供一種在摻鈮鈦酸鍶單晶基底上外延生長一層錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜的p-n異質(zhì)結(jié)光探測器，其技術(shù)方案是它由摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜組成，錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜采用脈沖激光沉積技術(shù)或金屬有機(jī)沉積技術(shù)外延生長在摻鈮鈦酸鍶單晶基底上，在摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯(cuò)配層鈷氧化合物薄膜上各有一個(gè)采用熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術(shù)沉積在基底和薄膜表面的電極，兩個(gè)電極分別通過電極引線與電壓信號輸出端相連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備簡單、成本低廉、不需要制冷、不需要任何輔助的電源和電子設(shè)備、響應(yīng)波段寬。
文檔編號H01L31/109GK101826570SQ201010131670
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者于威, 何立平, 傅廣生, 李曉葦, 王淑芳, 陳明敬, 陳景春 申請人:河北大學(xué)