/n-Si異質結構的紫外光電器件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種紫外光電器件的制備方法，具體是指一種基于Sm2O3A1-Si異質結構的紫外光電器件的制備方法。
技術背景
[0002]隨著紫外探測技術的發展，紫外探測器越來越受到人們的重視。之前在商業和軍事上應用較多的有光電倍增管。光電倍增管需要在高電壓下工作，并且體積笨重、容易損壞，對實際應用有很大的局限性。寬禁帶半導體材料具有優越的物理化學特性和潛在的技術優勢，用它們制作的器件在高頻、高溫、高功率和短波長應用方面具有優越的工作特性，使得它們在軍用、民用領域有更好的發展前景，一直受到半導體業界人士的關注。隨著單晶生長技術和異質結外延技術的突破，使得寬禁帶半導體紫外探測器件(例如SiC、GaN、ZnO等)的研制和應用得到迅速的發展。
[0003]稀土氧化物由于具有高的電阻率、高的介電常數、大的禁帶寬度，近來在光電器件、電子開關、存儲器等方面得到了廣泛的應用。Sm2O3光電薄膜材料是最近比較熱門的Ln系氧化物中的一種，Sm2O3光學薄膜可用來制備光電轉換元件、光學開關和數據存儲器等。此外Sm2O3薄膜還具有多種用途，可用于電子和磁性器件，可用于特種玻璃的濾光器中。納米Sm2O3還可以用于制備陶瓷電容器和催化劑等方面。由于Sm2O3具有高的化學穩定性、大的禁帶寬度(4.33 eV)、跟Si有合適的導帶帶偏，因此比較適合被用來考慮做為寬禁帶紫外探測材料之一。目前，國內外許多課題組己經在開展Sm2O3薄膜器件的研宄工作，這方面的研宄主要集中在Sm2O3薄膜光學和電學器件上面，對于紫外探測器件方面的研宄還比較少。本專利利用射頻磁控濺射方法制備了 Sm203/n-Si異質結構，并通過微納米加工技術進一步組裝成紫外光電探測器。該器件具有整流效應，穩定性好，反應靈敏，加工工藝重復性好，結構牢固等優點，具有很大的應用前景。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種靈敏度高、穩定性好、響應時間短、探測能力強的基于Sm203/n-Si異質結構的紫外光電器件的制備方法。
[0005]本發明的一種基于Sm203/n-Si異質結構的紫外光電器件的制備方法，采用微納米加工技術，步驟如下:
1)硅襯底預處理:將N型Si(100)硅片放入V (HF) IV(H2O2) =1:5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
2)放置靶材和襯底:把Sm2O3靶材放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，用擋板遮住步驟I)處理后的硅襯底一半，將硅襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
3)薄膜沉積過程:在磁控濺射系統沉積過程中，先將腔體抽真空，加熱硅襯底，通入氬氣，調整真空腔內的壓強，其中，Sm2O3靶材與硅襯底的距離設定為3-6厘米，濺射功率為120-160 W，沉積時間為0.5-2小時；然后進行原位退火。
[0006]4)器件電極的制備:利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術在Sm203/n-Si異質結上面沉積一層Au薄膜作為測量電極。
[0007]優選的，所述的步驟3)中，腔體抽真空后的電離度為4.0Xl(T4Pa，硅襯底的加熱溫度為25-100°C，真空腔調整后的壓強為1.0-6.0 Pa，Sm2O3靶材與硅襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為140 Wo沉積時間為I小時。原位退火時間為I小時。
[0008]更進一步優選的，所述的步驟3)中，硅襯底的加熱溫度為25°C，真空腔調整后的壓強為 1.9-2.1 Pa。
[0009]對構建的Sm203/n-Si異質結光電器件進行光電學性能測試是將探針點在兩個電極上，電極之間加電壓0.5-4伏特，測得Sm203/n-Si異質結的I_t特性曲線，通過控制紫外光(365nm)照射的開關發現器件具有良好的光電響應。
[0010]作為優選，上述光電學性能測試中電極之間加電壓2伏特效果最好。
[0011]本發明的優點:
1、本發明制備過程中，所制備的Sm2O3A1-Si異質結具有優良的光電特性；
2、本發明制備的光電器件性能穩定，反應靈敏，暗電流小，具有好的潛在應用；
3、本發明采用微納米加工技術制備Sm203/n-Si異質結光電器件，工藝可控性強，操作簡單，且重復測試具有可恢復性。
【附圖說明】
[0012]圖1是用本發明方法制得的Sm2O3薄膜的X射線衍射(XRD)譜圖；
圖2是用本發明方法制得的Sm2O3薄膜的掃描電鏡(SEM)照片；
圖3是用本發明方法制得的Sm2O3薄膜的掃描電鏡(SEM)照片；
圖4是用本發明方法制得的Sm2O3薄膜的紫外可見光吸收光譜圖；
圖5是用本發明方法測量Sm203/n-Si異質結的示意圖；
圖6是用本發明方法測得Sm203/n-Si異質結的電極電壓為2V的V_i曲線圖；
圖7是用本發明方法測得Sm203/n-Si異質結的電極電壓為(-l)V的1-t曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合實例進一步說明本發明。
[0014]實施例1 步驟如下:
(I)將N型Si (100)硅片放入V(HF):V(H202)=1:5的溶液中浸泡15秒(去除自然氧化層)，和石英襯底一起用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15分鐘，并真空干燥。
[0015](2)把純度為99.9%的Sm2O3靶材放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，將硅(Si)襯底(用擋板遮住一半)固定在樣品托上，放進真空腔，Sm2O3靶材與襯底的距離設定為5厘米。
[0016](3)先將腔體抽真空，等真空腔的電離度大約在4.0X 10_4Pa時，通入氬氣(Ar)，調整真空腔內的壓強為2.1 Pa，然后打開射頻功率源，調整濺射功率為140 W，接著預濺射5分鐘，之后打開擋板進行正式濺射。濺射時間設為2小時，結束后關閉射頻功率源，并進行原位退火I小時。最后等射頻磁控濺射系統冷卻至室溫后將硅(Si)襯底和石英襯底取出，發現襯底表面有一層淡黃色的沉積物。將硅(Si)襯底上的薄膜放進X射線衍射儀中掃描，結果如圖1中XRD譜圖所示，出現了(222)和(400)兩個較強的衍射峰。取出后在掃描電鏡下觀察如圖2和3，發現薄膜表面較平整，薄膜的厚度約為170nm。把石英襯底上的薄膜放進紫外可見光分析儀中進行測量，所得的紫外吸收光譜如圖4所示，在紫外區域有很強的吸收。
[0017](4)將掩膜版覆蓋在Sm203/n-Si異質結上面，并通過射頻磁控派射技術沉積一層約50 nm厚的金(Au)薄膜作為測量電極。測量示意圖如圖5。
[0018](5)在電極兩端施加電壓進行光電性能測量，其V-1和1-t曲線如圖6和圖7所示:圖6的V-1曲線中出現了明顯的整流效應。當外加電壓為2伏特并在365nm紫外光的照射下，整流比的增量很大。圖7中的1-t曲線是在-1伏特的電壓下測量的，發現控制紫外燈開關，電流瞬時發生變化。
[0019]實施例2
步驟(1)、(2)和(4)均與實施例1相同。步驟(3)先將腔體抽真空，等真空腔的電離度大約在4.0X10_4Pa時，通入氬氣(Ar)，調整真空腔內的壓強為1.0 Pa，然后打開射頻功率源，調整濺射功率為140 W，接著預濺射5分鐘，之后打開擋板進行正式濺射。濺射時間設為2小時，結束后關閉射頻功率源，并進行原位退火I小時。最后等射頻磁控濺射系統冷卻至室溫后將襯底取出，發現襯底表面有一層淡黃色的沉積物。
[0020](5)在電極兩端施加電壓進行光電性能測量，V-1測量所施加最大電壓為2伏特，1-t曲線是在-1伏特的電壓下測量的，發現控制紫外燈開關，電流瞬時發生變化。測試結果均與實施例1類似。
[0021]實施例3
步驟(1)、(2)和(4)均與實施例1相同。
[0022](3)先將腔體抽真空，等真空腔的電離度大約在4.0 X 10_4Pa時，通入氬氣(Ar)，調整真空腔內的壓強為5.1 Pa，然后打開射頻功率源，調整濺射功率為140 W，接著預濺