[发明专利]基于二氧化钛/钛酸锶异质结的紫外光探测器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电器件领域，具体涉及一种以超薄硅片为衬底、以纳米TiO₂/SrTiO₃(二氧化钛/钛酸锶)异质结有源层为基体材料、以Au为金属插指电极的高性能紫外光探测器及其制备方法。

背景技术

宽禁带半导体基紫外光探测器由于体积小、效率高、成本低、功耗低等优点，在军事、民用、航天、环保、防火等领域具有重要的应用价值，是近年来光电探测领域的研究热点之一。

用于紫外光探测器的半导体材料有很多，目前主要集中在SiC、ZnO和GaN等材料中。但是用以上材料制备紫外光电探测器，不仅制备工艺难度大，生产成本高，对加工条件和设备的要求也很苛刻。TiO₂作为一种宽禁带半导体材料，其价格低廉，具有非常好的耐候性、物理和化学稳定性、良好的光电特性，因此在紫外光探测方面具有明显的优势，但是TiO₂基紫外探测器的响应恢复时间较长，且暗电流大。

近几年，由于良好的光电性能，钙钛矿材料逐渐被用于光电器件的研制。作为钙钛矿材料的一种，SrTiO₃的物理化学性质稳定，并且在可见盲区显现出了优异的光电特性，因此被作为制作可见盲型紫外探测器的基体材料，但是SrTiO₃基紫外探测器的响应度很低，有较大的提升空间。

TiO₂/SrTiO₃异质结有源层综合了TiO₂和SrTiO₃两种材料的优点，降低了器件的响应时间及暗电流，提高了器件的响应度，相对于独立的TiO₂基探测器与SrTiO₃基探测器，器件性能得到显著提高。因此，TiO₂/SrTiO₃异质结在紫外探测器制作方面显示出独特的应用前景。

发明内容

本发明目的是提供一种基于TiO₂/SrTiO₃异质结有源层的金属-半导体-金属结构光伏型紫外光探测器及该探测器的制备方法。

本发明采用超薄硅片作为衬底，以TiO₂/SrTiO₃异质结有源层作基体材料制备紫外光探测器，不但摆脱了宽禁带半导体紫外光探测器缺乏合适衬底的困境，还可以有效利用两种材料的优势。同时本发明采用的工艺简单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。

本发明的紫外光探测器从下到上依次包括超薄硅片衬底、采用溶胶凝胶法在硅片衬底上生长的纳米SrTiO₃薄膜与纳米TiO₂薄膜构成的TiO₂/SrTiO₃异质结有源层、在TiO₂/SrTiO₃异质结有源层上用磁控溅射法制备的Au插指电极；待探测的紫外光从金属插指电极的上方入射。其中超薄硅片衬底的厚度为0.5～2mm，纳米TiO₂薄膜的厚度为10～50nm，纳米SrTiO₃薄膜的厚度为100～200nm，金属插指电极的指间距、指宽度、厚度分别为5～30μm、5～30μm、50～150nm。

本发明所述的基于TiO₂/SrTiO₃异质结有源层的金属-半导体-金属结构紫外光探测器的制备步骤如下：

(一)纳米TiO₂溶胶的制备

采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂溶胶：室温条件下，将5～10mL钛酸四丁酯加入到50～100mL无水乙醇中，搅拌20～40分钟后，滴加入5～10mL冰醋酸作为催化剂，使钛酸四丁酯和乙醇形成易水解酯，再经过30～90分钟的搅拌，得到均匀透明的淡黄色溶液；然后缓慢加入5～10mL乙酰丙酮以抑制酯类水解，此时溶液颜色变深，继续搅拌1～2小时；最后将5～10mL去离子水以0.5～1mL/min的速率缓慢滴加到上述溶液中，继续搅拌1～2小时，得到均匀透明的橙黄色溶胶，将其放置陈化4～6小时，得到纳米TiO₂溶胶。

(二)纳米SrTiO₃溶胶的制备