專利名稱：Pt/Ti/SiO₂/Si襯底的寬波段薄膜型光電探測(cè)器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬波段薄膜型光電探測(cè)器，特別涉及一種基于Pt/Ti/Si02/Si襯底，用多元過渡金屬氧化物Mn-Co-Ni-O薄膜制備出pn結(jié)的寬波段光電探測(cè)器的制備方法。
背景技術(shù)：
探測(cè)器件是光電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，在科技和民用等方面發(fā)揮著重要的作用。光電探測(cè)器是探測(cè)器中靈敏度最高的一類，具有探測(cè)率高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但它工作一般都有特定的波長(zhǎng)范圍。通常情況下，氮化鎵(GaN)探測(cè)器的工作波段是250 400nm， Si基探測(cè)器的工作波段是400 800nm，銦鎵砷(InGaAs)探測(cè)器的工作波段是900 1700nm。追求發(fā)展寬波段光電探測(cè)器一直是人們努力的方向，為此發(fā)展新材料體系，進(jìn)一步拓寬探測(cè)器的工作波段(250 1700nm)將存在非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。多元過渡金屬氧化物Mn-Co-Ni-O材料是目前發(fā)現(xiàn)的唯一的一種全波段熱敏輻射探測(cè)材料。該氧化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)，溫度低時(shí)載流子數(shù)目少，因而其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，其電阻值降低。用它所制備的器件具有200納米-50微米極寬闊的光響應(yīng)波段，壽命長(zhǎng)和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。Mn-Co-Ni-O材料有高的電阻溫度系數(shù)， 其熱敏特性已在熱敏電阻器件、紅外探測(cè)器等方面有著重要的應(yīng)用，而且研究發(fā)現(xiàn)它具有豐富的物理特性，利用該材料的光電特性和器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，實(shí)現(xiàn) Mn-Co-Ni-O材料作為光電探測(cè)材料的應(yīng)用。本專利采用Mn-Co-Ni-O過渡金屬氧化物薄膜的制備和器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)寬波段(250 1700nm)探測(cè)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于Pt/Ti/Si02/Si襯底的寬波段薄膜型光電探測(cè)器的制備方法。利用Mn-Co-Ni-O薄膜材料導(dǎo)電類型的不同，采用濕化學(xué)法在Pt/Ti/Si02/Si襯底上制備出導(dǎo)電類型為P型和η型的Mn-Co-Ni-O薄膜疊加結(jié)構(gòu)，形成pn結(jié)，有光入射時(shí)可發(fā)生光生伏特效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)紫外-可見-紅外寬波段探測(cè)。下面我們結(jié)合附圖對(duì)本專利做詳細(xì)的闡述。探測(cè)器的結(jié)構(gòu)如圖I所示，在商用的Pt/Ti/Si02/Si襯底I上依次制備導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜2，薄膜厚度范圍在100納米到9微米；導(dǎo)電類型為P型的 Mn-Co-Ni-O薄膜3，薄膜厚度范圍在100納米到9微米；在導(dǎo)電類型為P型的Mn-Co-Ni-O 薄膜3的部分膜面上制作一塊導(dǎo)電層作為頂電極4,底電極5制作在去除一部分導(dǎo)電類型為 η型的Mn-Co-Ni-O薄膜2和導(dǎo)電類型為P型的Mn-Co-Ni-O薄膜3后露出的襯底表面導(dǎo)電層上。器件的制備方法如圖2所示，包括I).襯底的清洗選擇表面可以導(dǎo)電的Pt/Ti/Si02/Si襯底，用常規(guī)的方法清洗，去除襯底表面的雜質(zhì)和污物，然后烘干備用；2).薄膜的生長(zhǎng):采用專利ZL =200610030144. 7中所述的濕化學(xué)法制備Mn-Co-Ni-O薄膜，選取醋酸錳、醋酸鈷、醋酸鎳為原料，以冰醋酸作溶劑，分別配制導(dǎo)電類型是η和P的前驅(qū)體溶液，然后使用勻膠機(jī)和快速退火爐來制備薄膜材料；先是在Pt/Ti/Si02/Si襯底I上生長(zhǎng)導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜2，在導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜2上繼續(xù)生長(zhǎng)導(dǎo)電類型為P型的Mn-Co-Ni-O薄膜3，從而制備出導(dǎo)電類型為P型和η型Mn-Co-Ni-O薄膜疊加結(jié)構(gòu),形成ρη結(jié)；3).電極的制備采用刻蝕工藝去除一部分導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜2和導(dǎo)電類型為 P型的Mn-Co-Ni-O薄膜3,露出襯底上的部分導(dǎo)電層作為底電極5 ;在導(dǎo)電類型為ρ型的 Mn-Co-Ni-O薄膜3的部分膜面上用掩模板保護(hù)，制備上一塊導(dǎo)電層作為頂電極4。本發(fā)明有如下積極效果和優(yōu)點(diǎn)I.選擇表面可以導(dǎo)電的Pt/Ti/Si02/Si襯底，在該襯底上生長(zhǎng)的Mn-Co-Ni-O薄膜有很好的結(jié)晶性，而且此襯底的表面導(dǎo)電層可以兼做底電極。2. Mn-Co-Ni-O材料是全波段的熱敏探測(cè)材料，本發(fā)明利用該材料的光電特性和器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，用于制備紫外-可見-紅外寬波段光電探測(cè)器件，拓展了 Mn-Co-Ni-O薄膜材料的應(yīng)用范圍。3. Mn-Co-Ni-O材料的導(dǎo)電類型與其組分配比相關(guān)聯(lián)，隨著組分比例的變化,材料的導(dǎo)電類型可以在η和ρ之間轉(zhuǎn)換。Mn-Co-Ni-O材料是尖晶石結(jié)構(gòu)，其通式可寫為 Mn3_x_yCoyNix04，一般來說，高 Ni 含量(O. 75 ^ x ^ I. O) Mn-Co-Ni-O 材料是 η 型，如 NiMn204、 Ni0.75Co0.5MnL 7504薄膜；而較低Ni含量(O彡X彡O. 5)的Mn-Co-Ni-O材料是ρ型，如 Nio. 5。01. CiMn1.504、Ni0.4sCo0.96MnL 5604、MnCo2O4 薄月旲。4.導(dǎo)電類型為ρ型和η型的Mn-Co-Ni-O薄膜材料都是尖晶石結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)相近，在制備ρη結(jié)時(shí)不存在晶格失配的問題，在襯底上依次生長(zhǎng)導(dǎo)電類型為η型和ρ型的薄膜，可成功形成Pn結(jié)，用于制備光伏探測(cè)器件。5.利用光生伏特效應(yīng)的光電探測(cè)器工作不需要外加偏壓，器件功耗低，其結(jié)構(gòu)有利于制備成大規(guī)模焦平面器件，有著寬闊的發(fā)展前景。


圖I.本發(fā)明基于Pt/Ti/Si02/Si襯底的寬波段薄膜型光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中I——Pt/Ti/Si02/Si 襯底；2——導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜；3——導(dǎo)電類型為ρ型的Mn-Co-Ni-O薄膜；4——頂電極；5——底電極。圖2.制備方法流程圖。圖3.在 Pt/Ti/Si02/Si 襯底上 Mnh56Coa96Nia48CVNiMn2O4 薄膜的電流-電壓特性。
具體實(shí)施例方式下面提供一個(gè)通過實(shí)驗(yàn)研究得到的實(shí)施例，并對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在Pt/Ti/Si02/Si襯底上，通過濕化學(xué)法在此襯底上先制備I. 5微米厚的NiMn2O4 薄膜，該薄膜的導(dǎo)電類型是η型，在NiMn2O4薄膜上接著用濕化學(xué)法生長(zhǎng)I. 5微米厚的 MnL56Co0.96Ni0.4804薄膜，該薄膜的導(dǎo)電類型是P型，這樣就制備出導(dǎo)電類型是P型和η型的薄膜疊加結(jié)構(gòu)，形成pn結(jié)。制備底電極和頂電極后就獲得了 pn結(jié)光伏探測(cè)器件。圖3是在Pt/Ti/Si02/Si襯底上Mnh56Coa96Nia48CVNiMn2O4薄膜的電流-電壓特性，是典型的pn結(jié) I-V曲線，說明pn結(jié)的成功制備。
權(quán)利要求
1.一種基于Pt/Ti/Si02/Si襯底的寬波段薄膜型光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于包括以下步驟1).襯底的清洗選擇表面可以導(dǎo)電的Pt/Ti/Si02/Si襯底，用常規(guī)的方法清洗，去除襯底表面的雜質(zhì)和污物，然后烘干備用；2).薄膜的生長(zhǎng)采用專利ZL =200610030144. 7中所述的濕化學(xué)法制備Mn-Co-Ni-O薄膜，選取醋酸錳、 醋酸鈷、醋酸鎳為原料，以冰醋酸作溶劑，分別配制導(dǎo)電類型是η和P的前驅(qū)體溶液，然后使用勻膠機(jī)和快速退火爐來制備薄膜材料；先是在Pt/Ti/Si02/Si襯底(I)上生長(zhǎng)導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜(2)，在導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜(2)上繼續(xù)生長(zhǎng)導(dǎo)電類型為P型的Mn-Co-Ni-O薄膜(3)， 從而制備出導(dǎo)電類型為P型和η型Mn-Co-Ni-O薄膜疊加結(jié)構(gòu),形成ρη結(jié)；3).電極的制備采用刻蝕工藝去除一部分導(dǎo)電類型為η型的Mn-Co-Ni-O薄膜(2)和導(dǎo)電類型為P型的Mn-Co-Ni-O薄膜(3)，露出襯底上的部分導(dǎo)電層作為底電極(5);在導(dǎo)電類型為P型的 Mn-Co-Ni-O薄膜(3)的部分膜面上用掩模板保護(hù)，制備上一塊導(dǎo)電層作為頂電極(4)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于Pt/Ti/SiO2/Si襯底的寬波段薄膜型光電探測(cè)器的制備方法，其中包括襯底的清洗，薄膜的生長(zhǎng)，電極的制備。其特征在于采用濕化學(xué)法制備Mn-Co-Ni-O薄膜，選取醋酸錳、醋酸鈷、醋酸鎳為原料，以冰醋酸作溶劑，分別配制導(dǎo)電類型是n和p的前驅(qū)體溶液，然后使用勻膠機(jī)和快速退火爐來制備薄膜材料。采用本方法制備的探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)紫外-可見-紅外寬波段探測(cè)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102593242SQ20121001911
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者侯云, 吳敬, 周煒, 張琰, 張雷博, 褚君浩, 高艷卿, 黃志明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所