CN101866983A - 一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，属于光电子信息领域，解决了ZnO光电导探测器响应速度比较慢的问题，它包括以下步骤：步骤一，用化学清洗方法将石英衬底清洗干净；步骤二，在清洗干净的石英衬底上生长Ga掺杂的ZnO薄膜；步骤三，将生长Ga掺杂的ZnO薄膜放入氧气氛下退火；步骤四，在退火后的Ga掺杂的ZnO薄膜上蒸镀两个Al电极；其结构自下而上依次是：石英衬底，Ga掺杂的ZnO薄膜、两个Al电极。Ga掺杂的ZnO薄膜组分质量比为Ga2O3∶ZnO＝(0.5％～3％)∶(97％～99.5％)。可用于环境保护、火焰探测、天文学观测、生物医学和医疗卫生等领域。
Description
技术领域
本发明属于光电子信息领域，特别涉及一种Ga掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法。
背景技术
紫外探测器是许多应用领域的关键元件，例如其可以应用于火焰传感，环境监测，天文学观测与研究，医疗卫生与生物工程等等方面，因此开发这种探测技术的材料和器件是非常重要的。
ZnO作为一种直接宽带隙材料，在室温下禁带宽度为3.37eV，激子结合能高达60meV，而且ZnO薄膜具有制备简单，生长温度低等优点，因此近年来ZnO基薄膜紫外探测器受到了关注。目前制备的ZnO光电导探测器采用的ZnO薄膜，其响应速度比较慢，不利于实际应用。
发明内容
本发明所要解决的是ZnO光电导探测器响应速度比较慢的技术问题，提供一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法。
本发明的技术方案：
一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一，用化学清洗方法将石英衬底清洗干净；
步骤二，在清洗干净的石英衬底上生长Ga掺杂的ZnO薄膜；
步骤三，将生长Ga掺杂的ZnO薄膜放入氧气氛下退火；
步骤四，在退火后的Ga掺杂的ZnO薄膜上蒸镀两个Al电极；
以上步骤制作成结构自下而上依次是：石英衬底、Ga掺杂的ZnO薄膜、两个Al电极的n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器。
所述的Ga掺杂的ZnO薄膜的生长设备为磁控溅射。
所述的Ga掺杂的ZnO薄膜组分质量比为Ga2O3∶ZnO＝(0.5％～3％)∶(97％～99.5％)。
所述的步骤二中Ga掺杂的ZnO薄膜厚度为500～1200nm，电极间距为5～2000μm。
所述的步骤三中的在氧气氛下退火，退火温度为700～900℃，以提高薄膜质量，真空蒸镀Al电极厚度为100～300nm，电极间距为5～2000μm。
本发明的有益效果：
本发明通过采用在石英衬底上生长Ga掺杂的n型ZnO薄膜作为光电功能层，利用在氧气中退火提高薄膜质量，制备出了紫外波段的探测器。由于采用的ZnO膜是n型掺杂的，其电子迁移率较高，载流子渡越时间短，因此响应速度很快。而且掺杂的n型ZnO薄膜制备的紫外探测器，其高灵敏度，制备简单，成本低，在环境保护、火焰探测、天文学观测、生物医学研究和医疗卫生等领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为掺Ga的ZnO薄膜的快速响应紫外探测器在355nm脉冲激光辐照下的时间响应曲线。
具体实施方式
实施方案一
一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一，用丙酮、乙醇、去离子水将石英衬底清洗干净；
步骤二，在清洗干净的石英衬底上，用磁控溅射设备生长厚为500nm的掺Ga的ZnO薄膜，其组分比为Ga2O3∶ZnO＝1wt％∶99wt％；
步骤三，将生长Ga掺杂的ZnO薄膜在氧气中退火，退火温度为830℃；
步骤四，在退火后的Ga掺杂的ZnO薄膜上，利用热蒸发设备蒸镀厚度为140nm的两个Al电极，两个Al电极的间距为200微米。
以上步骤制作成的结构自下而上依次是：石英衬底，Ga掺杂的ZnO薄膜，两个Al电极的n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器。
实施方案二
一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一，用盐酸、乙醇、去离子水将石英衬底清洗干净；
步骤二，在清洗干净的石英衬底上，用磁控溅射设备生长厚为1000nm的掺Ga的ZnO薄膜，其组分比为Ga2O3∶ZnO＝3wt％∶97wt％；
步骤三，将生长Ga掺杂的ZnO薄膜在氧气中退火，退火温度为700℃；
步骤四，在退火后的Ga掺杂的ZnO薄膜上，利用磁控溅射设备蒸镀厚为100nm的两个Al电极，电极间距为5微米。
以上步骤制作成的结构自下而上依次是：石英衬底，Ga掺杂的ZnO薄膜，两个Al电极的n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器。
实施方案三
一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一，用丙酮、乙醇、异丙醇将石英衬底清洗干净；
步骤二，在清洗干净的石英衬底上，用磁控溅射设备生长厚为1200nm的掺Ga的ZnO薄膜，其组分比为Ga2O3∶ZnO＝0.5wt％∶99.5wt％；
步骤三，将生长Ga掺杂的ZnO薄膜在氧气中退火，退火温度为900℃；步骤四，在退火后的Ga掺杂的ZnO薄膜上，利用热蒸发设备蒸镀厚为200nm的两个Al电极，两个Al电极间距为2000微米。
以上步骤制作成的结构自下而上依次是：石英衬底，Ga掺杂的ZnO薄膜，两个Al电极的Ga掺杂的ZnO薄膜的快速响应紫外探测器。
本发明所述的n型掺杂ZnO薄膜可以为Ga掺杂的ZnO薄膜、铟掺杂的ZnO薄、铝掺杂的ZnO薄膜。
按上述实施方案一制备成Ga掺杂的ZnO薄膜快速响应紫外探测器，其时间响应曲线如图1，由图1可得到其响应速度非常快，10％～90％上升时间和90％～10％脉冲衰减时间分别为10ns和960ns。
Claims (5)
1.一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一，用化学清洗方法将石英衬底清洗干净；
步骤二，在清洗干净的石英衬底上生长Ga掺杂的ZnO薄膜；
步骤三，将生长Ga掺杂的ZnO薄膜放入氧气氛下退火；
步骤四，在退火后的Ga掺杂的ZnO薄膜上蒸镀两个Al电极；
以上步骤制作成结构自下而上依次是：石英衬底，Ga掺杂的ZnO薄膜、两个Al电极的n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器。
2.根据权利要求1所述的一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，其特征在于，所述的Ga掺杂的ZnO薄膜的生长设备为磁控溅射。
3.根据权利要求1所述的一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，其特征在于：所述的Ga掺杂的ZnO薄膜组分质量比为Ga2O3∶ZnO＝(0.5％～3％)∶(97％～99.5％)。
4.根据权利要求1所述的一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，其特征在于，步骤二中Ga掺杂的ZnO薄膜厚度为500～1200nm，电极间距为5～2000μm。
5.根据权利要求1所述的一种n型掺杂ZnO薄膜的快速响应紫外探测器的制作方法，其特征在于：步骤三中所述的在氧气氛下退火，退火温度为700～900℃。
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