基于钯/二氧化锡/硅异质结的紫外光探测器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于紫外光探测器领域，具体涉及一种基于钯/ 二氧化锡/硅异质结的紫外光探测器。
【背景技术】
[0002]紫外探测技术是近年来光电探测领域的研究热门之一。是继激光、红外以及可见光探测以外的又一门新兴探测技术。它在军事、医疗、科研和其他工业领域得到广泛的应用。例如，在军事上，紫外探测技术可用于紫外通信、紫外制导、紫外干扰、紫外告警等[光电子技术.2014.24(2):129-133.];医学上可用于癌细胞、微生物、红血胞、白血胞、血色素、细胞核以及其他病变的检测[Nuclear Physics A, 2006, 563(1):27-30.];工业上可用于气体的探测分析；环保上用于环境监测，特别是臭氧层的治理等等，使得更高灵敏度的紫外光探测器的开发和应用更加迫切。
[0003]近年来，紫外探测器获得广泛应用的关键在于探测技术的不断提高和制作成本的降低，所制备探测器的性能也不断获得突破。硅基半导体材料拥有比较成熟的制备技术，制备工艺相对比较完善，因此硅基材料己成为制作紫外探测器最主要的材料。利用硅基半导体材料制造的硅基紫外探测器的体积一般较小，重量较轻，并且无需复杂的电路，大大提高了紫外探测器的适用范围，但由于其大部分禁带宽度较窄，除了吸收紫外光外还吸收可见光[Fresenius J Anal Chem.2001.371 (8): 1070-1075]。与硅基半导体相比，还有一种单晶薄膜紫外探测器，该类传感器以半导体材料作为紫外光敏感材料，主要利用只吸收紫外光的宽禁带材料的电子漂移饱和速度高、介电常数小、禁带宽度大等特点，这些特点适用于制作高频、大功率、抗辐射的探测器，使单晶薄膜的紫外探测器也已迈上了产业化道路。单晶薄膜如碳化硅、氮化镓、氧化锌等材料也开始投入生产，但由于生长单晶半导体薄膜所需设备昂贵，而且就目前的单晶生长技术来看，其制备工艺难度仍就很大无法得到普及和应用。因此，为了提高硅基半导体气体传感器的灵敏度、响应速度并其降低工作温度，必须对金属氧化物半导体气敏传感材料做进一步的改善。
[0004]本发明中，我们利用钯膜的催化效应和二氧化锡/硅异质结的放大效应，开发出了一种具有紫外光敏感特性的钯/ 二氧化锡/硅异质材料，可使二氧化锡对紫外光敏感性大大提高。例如，紫外光照射强度为1毫瓦每平方厘米时灵敏度为2092%，该探测器响应时间0.5秒、恢复时间0.2秒；当紫外光强度为2毫瓦每平方厘米时，该探测器的灵敏度达到3302%、响应时间0.27秒、恢复时间0.1秒；而当紫外光强度为5毫瓦每平方厘米时，灵敏度就达到12240%、响应时间0.43秒、恢复时间0.3秒。
[0005]钯/ 二氧化锡/硅异质结利用钯膜的催化效应和二氧化锡/硅异质结的放大效应，提高了器件的响应度，器件性能得到显著提高。因此，钯/ 二氧化锡/硅异质结在紫外光探测制作方面显示出独特的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种基于钯/ 二氧化锡/硅异质结紫外光探测器及该探测器的制备方法。
[0007]本发明采用有二氧化硅覆盖的硅作为衬底，以钯/ 二氧化锡作为基体材料制备紫外光探测器，利用了钯的催化效应以及二氧化锡与硅的异质结的放大效应综合优势。同时本发明采用的工艺简单、室温条件探测并且与半导体平面工艺兼容、易于集成、适于大批量生产，因而具有重要的应用价值。
[0008]本发明的紫外光探测器从下到上依次包括二氧化硅覆盖的硅衬底、采用直流磁控溅射法在衬底上生长的纳米二氧化锡薄膜、在二氧化锡薄膜层上利用掩膜和直流磁控溅射方法制备比二氧化锡膜面积小的钯催化层；钯薄膜上的铟点电极和铟金属层上的铟点电极分别作为上、下电极，引出电源线，串联接通吉时利数字源表2602B，电源的电压为-0.5伏；其中覆盖二氧化硅的硅衬底厚度为0.5?2毫米，纳米二氧化锡薄膜的厚度为50-100纳米，优选70纳米，钯催化层的厚度为10?30纳米，优选15nm。
[0009]本发明所述的基于钯/ 二氧化锡/硅异质结紫外光探测器的制备方法，其步骤如下:
[0010](一)衬底的处理
[0011]首先用去离子水在超声波中清洗硅片10分钟，然后用丙酮在超声波中清洗硅片1小时，最后再用无水乙醇清洗硅片0.5小时。
[0012](二)二氧化锡薄膜的制备
[0013]将清洗好的p型硅衬底吹干后放入溅射室，p型硅衬底的电阻率是0.1-1欧米厘米，利用抽真空系统使溅射室处于真空状态，直到背景真空达到目标真空度(0.5?2.5 X 10 4帕)；在维持5帕压强的前提下，以体积比1:: 2至2:1，优选1:1左右的比例向溅射室中通入氩气/氧气混合气体，待气压稳定后，利用锡靶开始溅射，其中所用锡靶纯度为99.9% (质量分数)，溅射功率和溅射时间分别选为90瓦和5-10分钟；溅射完毕后，保持通气状态15-35分钟，之后继续抽真空使溅射室处于真空状态。
[0014](三)钯催化层的制备
[0015]在步骤(二)的基础上，当真空度达到0.5?2.5X 10 4帕后，在维持3帕压强的前提下，向溅射室中通入氩气，待气压稳定后，开始钯靶溅射，其中所用钯靶纯度为99.9%(质量分数)，溅射直流电压、溅射直流电流和溅射时间分别为0.26千伏、0.20安培和1?3分钟；抽真空使得系统真空度达到1?2X 10 4帕2小时后，取出样品。
[0016]这样由上述过程即可获得钯/ 二氧化锡/硅异质结材料，该材料对365nm紫外具有敏感效应。例如，在室温条件下和365nm紫外光下，钯/ 二氧化锡/硅异质结的光电流(光功率为5毫瓦每平方厘米)电阻比暗电流电阻增长12240%;最快的响应时间与恢复时间约为0.43秒和0.3秒。
[0017]本发明所提供的钯/ 二氧化锡/硅异质结材料，可以用其开发紫外光敏感器件，该器件无需加热器，能在室温下工作，耗能低，工艺简单，灵敏度高，响应、恢复时间短。
【附图说明】
[0018]图1本发明器件的结构示意图。
[0019]图2以p型硅片为基底的钯/ 二氧化锡/硅异质结在室温以及不同紫外光功率下的伏安特性曲线。
[0020]图3以p型硅片为基底的钯/ 二氧化锡/硅异质结在室温、黑暗条件下以及不同紫外线强度中电流随时间变化曲线。
[0021]如图1所