一种紫外探测器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及紫外探测器领域，尤其涉及一种非晶氧化物半导体紫外探测器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]紫外探测技术在军事和民用等众多领域有着非常重要的应用。军事上，紫外探测技术可以用于导弹制导、导弹预警、紫外通信等领域。而在民用上，紫外探测技术可以作为燃料工程以及紫外水净化处理中的紫外线测量、火焰探测等。目前实际应用的紫外探测器主要是基于真空紫外光电倍增管和Si基紫外光电二极管。紫外光电倍增管具有低暗电流、快的响应速度、高的稳定性以及高的电流增益等优点，而且目前此种紫外探测已经被完全实用化，其中最重要的用途就是应用在紫外预警系统中。但是此种紫外探测器价格昂贵、容易破损、能耗大、体积大、量子效率低并且抗辐射性能也差，这些缺点大大限制了紫外光电倍增管的更多应用。基于Si基的紫外光电二极管由于Si的禁带宽度为1.12eV，因此直接探测到的光波范围是可见光，如果想要实现Si基的紫外探测，必须加装滤光系统，使其使用成本大大增加。此外Si对紫外光的吸收系数很大，导致入射的紫外光透入深度很浅，光生载流子主要集中在Si表面，导致非常容易复合，这大大降低了探测器的效率，而且Si基的紫外探测器的抗辐射能力也很弱，这也很大程度上限制了其应用。
[0003]由于上述典型的紫外探测器存在很明显的缺陷，因此科研工作人员一直寻求低成本、高性能、体积小并且抗辐射的紫外探测器。半导体氧化物作为一种非常有潜力的紫外探测器材料得到了广泛的关注，特别是基于宽禁带半导体材料，例如ZnO、GaN、SiC等。这些宽带隙半导体材料具有电子饱和速度高、介电常数小并且抗辐射等优点，非常适合作为紫外探测器材料。但是这些材料也存在天然的弊端，例如ZnO材料的化学不稳定性、GaN材料生长过程中的有毒性和SiC材料的合成困难。因此寻找新型半导体材料来取代这些晶体宽禁带半导体材料具有重要意义。
[0004]非晶氧化物半导体(AOSs)作为一种非常重要的半导体氧化物材料在过去十年得到了广泛关注，它已经形成了一个新的领域，并且目前都已经看到了实际应用的曙光。但是目前最主要的非晶氧化物半导体为非晶InGaZnO,且主要应用在薄膜晶体管显示领域。据最近报道，非晶氧化物是一种对紫外光非常敏感的材料(Appl.Phys.Lett.101，261112(2012))，有人试图研究过紫外光对薄膜晶体管的电学性能的影响，发现薄膜晶体管的沟道即非晶氧化物对紫外光具有很强的响应。且非晶氧化物作为紫外探测器，其具有上述所述的宽带隙晶体紫外探测器所不具备的性能，例如不存在晶界俘获中心、化学稳定性高、抗辐射性高等优点。因此，非晶氧化物紫外探测器将是一种新型的紫外探测器，具有很大的潜在市场应用前景。
[0005]目前，人们研发的非晶氧化物半导体大多为InZnO或InGaZnO，均含有In元素。In是一种稀有贵重金属，地质储量极其有限，可持续发展受到很大限制。因此，人们亟需开发一种无In的非晶氧化物半导体，用于紫外探测器。无In的AOS紫外探测器对于降低器件成本、节能环保、可持续发展均具有重要意义，应用前景广阔。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术中的问题，本发明旨在提供了一种紫外探测器及其制备方法，进行新型紫外探测器即非晶氧化物紫外探测器探索。
[0007]本发明提供了一种紫外探测器，所述紫外探测器包含衬底、光激活层以及一对电极，其中光激活层覆盖于衬底上表面，两个电极相对设置于光激活层之上；其中所述光激活层为非晶氧化物薄膜，所述非晶氧化物薄膜的化学式为Zn4AlxSn7O1.5x+18，其中O = x = 1.0。
[0008]优选的，作为光激活层的非晶氧化物薄膜Zn4AlxSn7Om^厚度为不小于50nm且不大于200nm。
[0009]优选的，作为光激活层的非晶氧化物薄膜Zn4AlxSn7O1L1^厚度为120nm。
[0010]进一步地，所述紫外探测器的物理特性如下:暗电流为10_9~10_6 A ;光电流为1(Γ8~1(Γ5 A ;响应灵敏度为10~50。
[0011]本发明还提供了一种紫外探测器的制备方法，包括衬底准备步骤、光激活层形成步骤以及形成金属电极步骤，其中所述光激活层形成步骤为通过低温化学反应法形成化学式为Zn4AlxSn7O1.5χ+18的非晶氧化物薄膜，其中O ^ x ^ 1.00
[0012]进一步地，所述通过低温化学反应法形成光激活层即化学式为Zn4AlxSn7Onli^晶氧化物薄膜的步骤包括如下:
1)将称量好的Zn(NO3) 2.6H20、Al (NO3) 3.9Η20及SnCl2+NH4N0^别溶解于二甲氧基乙醇+乙酰丙酮+14.5 M的氨水溶液里，分别配得配成Zn源、Al源以及Sn源的前驱体溶液，所配得的前驱体溶液的浓度均为0.2 M ;搅拌均匀，前驱体溶液按Zn: Al: Sn = 4: x:7比例混合均匀；
2)将步骤I)陈化后所得到的溶液在衬底上旋涂成膜；
3)将步骤2)旋涂所得到的薄膜进行退火处理，退火处理的温度为250~400 0C ；
4)多次重复步骤2)和步骤3)，直到得到的薄膜厚度为50~200nm。
[0013]进一步地，步骤I)中所述的 Zn(NO3)2.6H20、A1 (NO3)3.9H20、SnCl2、NH4NO3的纯度均在99.99 %以上。
[0014]进一步地，步骤I)中配置Zn源和Al源时二甲氧基乙醇、乙酰丙酮以及14.5M的氨水三者体积比为25:1:0.57，配置Sn源时三者体积比为25:1:0.285。
[0015]进一步地,步骤I)中所述的X的范围为:0兰X兰1.0。
[0016]本发明还提供了一种用作紫外探测器光激活层的非晶氧化物薄膜，该非晶氧化物薄膜的化学式为Zn4AlxSn7On18，其中Ofx=L 0，其物理特性为:载流子浓度114 ~ 117CnT3;电阻率为 10 -1O6 Qcm0
[0017]本发明的有益效果在于:
1)本发明制作的非晶氧化物紫外探测器是一种新型的紫外探测器，其探测灵敏度高，有望在军事和民用等众多领域实现其应用；
2)非晶氧化物紫外探测器，具有目前的宽带隙晶体紫外探测器所不具备的性能，例如不存在晶界俘获中心、制备简单、成本低、化学稳定性高、抗辐射性高等优点；本发明制备的非晶氧化物紫外探测器，证实了非晶氧化物薄膜在紫外探测器上应用的可能； 3)本发明提供非晶氧化物紫外探测器的制备方法，其中光激活层非晶氧化物薄膜的制备方法，工艺简单、成本低，且能实现薄膜的低温生长，使该紫外探测器选择有机柔性衬底成为可能，增加了在工业上应用的机会；另外本发明使用的化学制备方法，相对于物理方法，其制得的薄膜对紫外更为敏感，为本发明的紫外探测器获得高的响应灵敏度提供了基础；
4)另外本发明提供非晶氧化物紫外探测器的制备方法，其中制得的非晶氧化物薄膜光激活层表面平整，成分分布均匀，易于腐蚀，可大面积制备，且成品率高；
5)本发明制备得到的紫外探测器为无In的非晶氧化物薄膜紫外探测器，无In对于降低器件成本、节能环保、可持续发展均具有重要意义。
【附图说明】
[0018]图1为本发明紫外探测器的结构示意图。图中:1为衬底，2为紫外探测器的光激活层，3为电极,4为另一电极。
[0019]图2为两电极相对设置示意图。
[0020]图3为本发明的紫外探测器的制备流程图。
[0021]图4为实例I制得的Zn4AlxSn7On18 (x=0)紫外探测器对紫外光(365 nm)的单脉冲响应曲线。
[0022]图5为实例2制得的Zn4AlxSn7On18 (x=0.5)紫外探测器对紫外光(365 nm)的单脉冲响应曲线。
[0023]图6为实例3制得的Zn4AlxSn7On18 (x=l.0)紫外探测器对紫外光(365 n