[发明专利]一种垂直结构ZnMgO自驱动日盲紫外光电探测器面阵及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种日盲紫外光电探测器面阵及其制备方法，尤其是涉及一种垂直结构ZnMgO自驱动日盲紫外光电探测器面阵及其制备方法。

背景技术

大气层对200-280 nm紫外波段的太阳光具有强烈的吸收，200-280nm波段的光称为日盲紫外光。大气层对日盲紫外光的吸收为人造日盲紫外信号的检测提供一种天然的低背景窗口。日盲紫外光电探测器是指对200-280nm的日盲光具有特征响应，而对280-800nm的紫外光和可见光不响应的紫外探测器（Rikiya Suzuki, Shinji Nakagomi, and Yoshihiro Kokubuna, Appllied Physics Letters, 2011, 98:131114）。目前，日盲紫外探测器已经被广泛应用于导弹预警、高压线电晕探测、医疗诊断、近地保密通讯等领域。

近年来，ZnMgO合金薄膜被广泛应用于各种类型的日盲紫外光电探测器单元器件的制备，包括金属-半导体-金属结构日盲紫外光电探测器（Z. G. Ju, C. X. Shan, D. Y. Jiang, J. Y. Zhang, B. Yao, D. X. Zhao, D. Z. Shen and X. W. Fan, Applied Physics Letters, 2008, 93:173505）和肖特基二极管结构日盲紫外光电探测器（H. Endo, M. Sugibuchi, K. Takahashi, S. Goto, K. Hane and Y. Kashiwaba, physica status solidi (c), 2008, 5:3119）。然而，这两种结构的探测器，由于电极连接的问题，不适用于面阵器件的制备，目前很少有这两种结构的ZnMgO日盲紫外探测器面阵器件的报道。

p-n结二极管结构探测器具有垂直结构和自驱动的特性。一方面，垂直结构适用于集成的光电探测器阵列，这是必要的光电成像技术；另一方面，自驱动性能光电二极管可以无需外部电源驱动，具有良好的适应性和可持续性（Hongyu Chen, Kewei Liu, Linfeng Hu, Ahmed A. Al-Ghamdi and Xiaosheng Fang, Materials Today, 2015, 18:493）。因此有望制备出高性能的日盲紫外光电探测器面阵器件。然而，如何制备稳定的p型ZnO基材料仍然是一个较大的问题（J. S. Liu, C. X. Shan, H. Shen, B. H. Li, Z. Z. Zhang, L. Liu, L. G. Zhang, and D. Z. Shen, Applied Physics Letters, 2012, 101: 011106）。

非掺杂的NiMgO三元合金薄膜，由于Ni空位的存在，表现出p型导电特性（Yanmin Guo, Liping Zhua, Jie Jiang, Yaguang Li, Liang Hu, Hongbin Xu, Zhizhen Ye, Thin Solid Films, 2014, 558:311）。因此，近期有研究者制备出n-Zn_0.8Mg_0.2O/p-Ni_0.8Mg_0.2O异质pn结（Yan-Min Guo, Li-Ping Zhu, Wen-Zhe Niu, Xiang-Yu Zhang and Zhi-Zhen Ye, Applied physics A, 2014, 118:239）。通过适当提高Zn_yMg_1-yO和Ni_zMg_1-zO合金薄膜中的Mg组分（1-y）和（1-z），可以增加这两层薄膜的带隙宽度，使它们的禁带宽度达到日盲波段，就可以制备出n-ZnMgO/p-NiMgO异质pn垂直结构的日盲紫外光电探测器。

此外，众所周知，ZnMgO三元合金薄膜随着Mg组分的增加，其载流子浓度快速下降，因此其导电性降低（J.S. Liu, C.X.Shan, S.P.Wang, B.H.Li, Z.Z Zhang and D.Z.Shen, Journal of Crystal Growth, 2012, 347:95）。通过加入超宽带隙、高载流子浓度的掺杂Zn_xMg_1-xO薄膜作为透明导电窗口层可以有效提高光生载流子的收集效率，大大增强面阵器件的性能。