[发明专利]基于ZnO薄膜晶体管的集成式全固态中子探测器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于ZnO薄膜晶体管的集成式全固态中子探测器及其制备方法，在Si衬底上采用射频磁控溅射法制备一层高质量的ZnO薄膜，在此基础上采用光刻工艺制备ZnO薄膜晶体管紫外光探测器，再在其上采用磁控溅射法制备表面均匀，结晶质量和闪烁性能良好的B、Ga共掺杂ZnO闪烁体薄膜，从而制备了硼镓共掺ZnO闪烁体薄膜‑ZnO薄膜晶体管紫外光探测器‑Si衬底结构的中子探测器。本发明采用B、Ga共掺杂ZnO闪烁体薄膜作为中子转化层将中子转化成α粒子，α粒子进一步激发B、Ga共掺杂ZnO闪烁体薄膜产生紫外线，再利用ZnO薄膜晶体管紫外光探测器对紫外光进行探测，从而实现对中子的探测，检测精度高，可靠性高。

主权项

1.一种基于ZnO薄膜晶体管的集成式全固态中子探测器，其特征在于:采用具有三端器件结构的ZnO薄膜晶体管紫外光探测器，依次由B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜、ZnO薄膜晶体管紫外光探测器和衬底三部分进行层叠组装结合的集成式复合结构，其中B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜作为进行中子探测第一步中的中子转换材料层，能将入射中子辐射线转换为紫外光，并使紫外光射向ZnO薄膜晶体管紫外光探测器，ZnO薄膜晶体管紫外光探测器直接检测紫外光，从而间接实现对中子辐射线的探测；基于ZnO薄膜晶体管的集成式全固态中子探测器的制备方法，包括如下步骤：a.ZnO薄膜晶体管紫外光探测器件的制备：在衬底上制备TFT的栅极层，然后采用热氧化法，在栅极层之上制备厚度为30～300nm的栅绝缘层，再以ZnO为靶材，通过射频磁控溅射的方法，在栅绝缘层上沉积厚度为50～500nm的ZnO薄膜，作为TFT沟道层；然后利用光刻工艺，使光刻胶形成所需结构，再利用HCl：H2O的体积比为1:2000的盐酸和CH3COOH：H2O的体积比为1:2000的醋酸，对TFT沟道层区域的ZnO薄膜表面进行刻蚀，再去除残余的光刻胶，再次利用光刻工艺，使光刻胶形成所需结构，然后采用磁控溅射法，制备镓掺杂ZnO薄膜的厚度为100～550nm的GZO薄膜层，作为TFT晶体管的源极和漏极，得到复合结构器件，然后将以上制备的复合结构器件浸泡在丙酮中至少两小时，再利用剥离工艺，去除残余的光刻胶，使源极和漏极之间的ZnO薄膜表面裸露出来，形成TFT沟道结构，得到所需结构的具有ZnO薄膜沟道层和三端器件结构的TFT晶体管器件，作为ZnO薄膜晶体管紫外光探测器件；b.中子探测器的制备：在所述步骤a中制备的TFT晶体管器件上，利用光刻工艺，使光刻胶形成所需光刻胶图形层，在没有光刻胶图形层的ZnO薄膜晶体管紫外光探测器件的ZnO薄膜沟道层上，采用磁控溅射法继续制备B、Ga共掺ZnO薄膜，进行磁控溅射时，按照掺入元素材料质量相对于ZnO陶瓷靶总质量的质量百分比作为掺杂量计算方法，采用B掺杂量1～30wt.％、Ga掺杂量1～10wt.％的ZnO陶瓷靶为靶材，溅射气氛为氩气，将ZnO薄膜晶体管紫外光探测器件的ZnO薄膜沟道层作为生长B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜的衬底，将ZnO薄膜沟道层加热到100～500℃，控制溅射气压为1～20mTorr，控制溅射功率为50～300W，在进行预溅射1‑15min后，打开挡板正式溅射30～200min，在源极和漏极之间的ZnO薄膜沟道层表面上得到厚度为0.1～2μm的B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜，最后利用剥离工艺，去除残余的光刻胶，即在源极和漏极之间的ZnO薄膜沟道层表面上制备了具有所需形状的B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜，最终得到依次由B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜、ZnO薄膜晶体管紫外光探测器和衬底三部分进行层叠组装结合的集成式复合结构。