CN111628035A - 一种光电探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种光电探测器及其制备方法，该光电探测器包括由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，且宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料的结界面设置有阻挡层，该阻挡层用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散。本申请通过采用由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结结构，在300纳米至650纳米的波长范围内，都有较高的光吸收和电流转化效率，量子效率高；同时，通过在结界面中加入阻挡层结构，使得光电探测器在较大偏压与较高温度下的暗电流能保持稳定，探测准确性、稳定性远高于非晶硅同质结PIN；并且制备工艺与现有TFT背板兼容，具有制作成本低、易于工艺实现、生产效率高和良品率高等优点。

Description

一种光电探测器及其制备方法
技术领域
本申请实施例涉及但不限于半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种光电探测器及其制备方法。
背景技术
近年来，显示装置被制作成集成光电探测器以实现各种功能，例如：光感测、生物信息检测和人机交互等。非晶硅作为常见的光电吸收转换材料常用于制备非晶硅同质结PIN(Positive Intrinsic Negative)型薄膜光电探测器，其制备流程与薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)工艺兼容性好，集成的TFT+PIN可以用于光学指纹识别等。
由于非晶硅材料在500纳米(nanometer，nm)至600纳米的可见光范围内有较强的量子效率，因此，使用该波段进行探测。通常的探测器件在环境中工作时，除了光源反射后的被检测光以外，环境中的可见光也会被检测到，但是，环境中的可见光相当于噪声，它会降低探测的准确度，从而导致需要多次探测来提高准确度，降低了探测效率。
发明内容
本申请实施例提供了一种光电探测器及其制备方法，能够提高光电探测器的探测准确度和探测效率。
本申请实施例提供了一种光电探测器，包括由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，且所述宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料的结界面设置有阻挡层，所述阻挡层用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散。
在一些可能的实现方式中，所述半导体异质结包括：P型层、本征层和N型层，其中：所述P型层为P型非晶硅层，所述本征层为本征非晶硅层；所述N型层为N型宽禁带氧化物半导体层；所述阻挡层设置在所述本征层和N型层之间。
在一些可能的实现方式中，所述光电探测器还包括衬底、底电极、横向电极、保护层和顶电极，其中：所述衬底、底电极、P型层、本征层、阻挡层、N型层、横向电极和顶电极从下至上依次层叠设置；所述保护层覆盖所述半导体异质结以及所述横向电极的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面相对且垂直于衬底与底电极连接的表面。
在一些可能的实现方式中，所述保护层还覆盖所述横向电极远离所述衬底的表面；所述保护层设有第一通孔，所述顶电极通过所述第一通孔和所述横向电极连接。
在一些可能的实现方式中，所述光电探测器还包括平坦层，所述平坦层覆盖所述保护层的第三侧面和第四侧面，所述第三侧面和第四侧面相对且平行于所述第一侧面和第二侧面。
在一些可能的实现方式中，所述保护层还覆盖所述横向电极远离所述衬底的表面；所述平坦层还覆盖所述保护层远离所述衬底的表面；所述保护层设有第一通孔，所述平坦层设有第二通孔，所述第一通孔和第二通孔贯通，所述顶电极通过所述第一通孔和第二通孔与所述横向电极连接。
在一些可能的实现方式中，所述宽禁带氧化物半导体材料包括以下任意一种：铟镓锌氧化物IGZO、氧化锌ZnO、二氧化钛TiO2、铟镓锌Y氧化物IGZYO和铟镓锌X氧化物IGZXO，其中，X和Y表示掺杂锡，且X和Y掺杂的比例不同。
本申请实施例还提供了一种光电探测器的制备方法，包括：在衬底上制备底电极；在所述底电极上依次制备P型层和本征层；在所述本征层上制备阻挡层；在所述阻挡层上依次制备N型层和横向电极，所述P型层、本征层和N型层构成由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，所述阻挡层用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散；在所述横向电极上制备保护层和顶电极，所述保护层覆盖所述半导体异质结以及所述横向电极的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面相对且垂直于衬底与底电极连接的表面。
在一些可能的实现方式中，所述P型层为P型非晶硅层，所述本征层为本征非晶硅层；所述N型层为N型宽禁带氧化物半导体层。
在一些可能的实现方式中，所述P型层、本征层和阻挡层采用等离子体增强化学气相沉积PECVD法制备；所述在所述底电极上依次制备P型层和本征层，在所述本征层上制备阻挡层，包括：在所述底电极上沉积P型层，沉积的工艺温度在200摄氏度到300摄氏度之间；更换腔室，使更换的腔室保持真空；在更换的腔室内连续沉积所述本征层和所述阻挡层，沉积的工艺温度在200摄氏度到300摄氏度之间。
本申请实施例的光电探测器及其制备方法，采用由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结结构，在300纳米至650纳米的波长范围内，都有较高的光吸收和电流转化效率，量子效率高；同时，通过在结界面中加入阻挡层结构，使得光电探测器在较大偏压与较高温度下的暗电流能保持稳定，探测准确性、稳定性远高于非晶硅同质结PIN；并且本申请实施例可以利用现有成熟的制备设备实现，能够很好地与现有制备工艺兼容，具有制作成本低、易于工艺实现、生产效率高和良品率高等优点，具有良好的应用前景。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为一种非晶硅同质结PIN的结构示意图；
图2为本申请实施例的一种光电探测器的结构示意图；
图3为本申请实施例的另一种光电探测器的结构示意图；
图4为本申请实施例的又一种光电探测器的结构示意图；
图5为本申请实施例的一种光电探测器的制备方法的流程示意图；
图6为制备底电极之后的结构示意图；
图7为制备P型层和本征层之后的结构示意图；
图8为制备阻挡层之后的结构示意图；
图9为制备N型层和横向电极之后的结构示意图；
图10为制备保护层和顶电极之后的结构示意图；
图11为三种光电探测器的外量子效率(External Quantum Efficiency，EQE)测试结果示意图；
图12为三种光电探测器的暗电流密度测试结果示意图。
附图标记说明:
10—衬底； 11—底电极； 12—P型层；
13—本征层； 14—阻挡层； 15—N型层；
16—横向电极； 17—顶电极； 18—保护层；
19—平坦层。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
如图1所示，在非晶硅同质结PIN中，由本征(Intrinsic，I)层13吸收入射光信号，产生光生电子-空穴对，在反向偏压作用下，光生电子和空穴分别向N(Negative)型层15和P(Positive)型层12漂移，形成光电流。对于短波长的光信号，其光子能量远大于非晶硅(a-Si)禁带宽度，价带电子吸收的短波长的光信号跃迁至导带较高的能级位置，该光生电子会在跃迁至导带底的过程中与晶格相互作用，将能量转移至晶格，引起晶格震动加强，载流子散射增强，导致该光生电子对光电流的贡献不如长波长光信号产生的光电流显著，因此，传统非晶硅同质结PIN对短波长光信号的探测能力相对较弱。
本申请实施例提供了一种光电探测器，包括由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，且宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料的结界面设置有阻挡层，阻挡层用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散。
本申请实施例的光电探测器，采用由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结(Heterojunction)结构，在300纳米至650纳米的波长范围内，都有较高的光吸收和电流转化效率，量子效率高，宽波段的吸收特性有利于增加光电探测器收集到的信号量，从而增加信噪比；同时，通过在结界面中加入阻挡层结构，使得光电探测器在较大偏压与较高温度下的暗电流能保持稳定，探测准确性、稳定性远高于非晶硅同质结PIN；并且制备工艺与现有TFT背板兼容，满足量产要求。
在一种示例性实施例中，宽禁带氧化物半导体的材料可以包括：铟镓锌氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)、氧化锌(Zinc Oxide，ZnO)、二氧化钛(TitaniumDioxide，TiO2)、铟镓锌Y氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZYO)、铟镓锌X氧化物(Indium Gallium Zinc X Oxide，IGZXO)等宽禁带氧化物半导体中的任意一种，X和Y表示掺杂金属：锡(Stannum，Sn)且两者掺杂的比例不同。
在一种示例性实施例中，如图2所示，该半导体异质结包括：P型层12、本征层13和N型层15，其中：P型层12为P型非晶硅层，本征层13为本征非晶硅层；N型层15为N型宽禁带氧化物半导体层；阻挡层14设置在本征层13和N型层15之间。
本申请实施例的半导体异质结的迎光面为N型宽禁带氧化物半导体层，可以将短波长光信号转化为有效的光电流，从而提高光电探测器对短波长光信号的探测能力。
在一种示例性实施例中，如图3所示，该光电探测器还包括衬底10、底电极11、横向电极16、保护层18和顶电极17，其中：衬底10、底电极11、P型层12、本征层13、阻挡层14、N型层15、横向电极16和顶电极17从下至上依次层叠设置；保护层18覆盖半导体异质结以及横向电极16的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面相对且垂直于衬底10与底电极11连接的表面。
在一种示例性实施例中，如图3所示，光电探测器还包括平坦层19，平坦层19覆盖保护层18的第三侧面和第四侧面，第三侧面和第四侧面相对且平行于第一侧面和第二侧面。
在另一种示例性实施例中，如图4所示，保护层18还覆盖横向电极16远离衬底10的表面；保护层18设有第一通孔，顶电极17通过该第一通孔与横向电极16连接。
在一种示例性实施例中，如图4所示，平坦层19还覆盖保护层18远离衬底10的表面；平坦层19设有第二通孔，第二通孔和第一通孔贯通，顶电极17通过该第二通孔和第一通孔，与横向电极16连接。
本实施例的光电探测器，通过将保护层19与平坦层18对光电探测器进行全覆盖，只留一个电极孔，该结构有利于器件信赖性稳定。
在一种示例性实施例中，光电探测器还包括缓冲层，其中：缓冲层设置在衬底10和底电极11之间。
在一种示例性实施例中，衬底10的材料可以为蓝宝石、玻璃、硅片或其他绝缘材料；底电极11的材料可以是金、银、镍、钛、铂、钯、Indium铟锡氧化物(Tin Oxide，ITO)电极中的一种或多种。
在一种示例性实施例中，阻挡层14的材料可以为氮化硅(SiNx)或者氧化硅(SiO2)。
在一种示例性实施例中，横向电极16的材料可以为ITO电极。
在一种示例性实施例中，顶电极17可以为ITO电极。
在一种示例性实施例中，保护层18可以通过氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等中的一种或多种叠层设置。
如图5所示，本申请实施例还提供了一种光电探测器的制备方法，该制备方法包括：
S1、在衬底10上制备底电极11，如图6所示。
在一种示例性实施例中，在制备底电极11之前，该制备方法还包括：对衬底10进行清洗。
在一种示例性实施例中，在衬底10上制备底电极11，包括：在衬底10上制备缓冲层；在缓冲层上制备底电极11。
在一种示例性实施例中，该衬底10的材料可以为蓝宝石、玻璃、硅片或其他绝缘材料。
在一种示例性实施例中，底电极11的材料可以是金、银、镍、钛、铂、钯、Indium铟锡氧化物(Tin Oxide，ITO)电极中的一种或多种。
在一种示例性实施例中，该制备方法还包括：基于第一掩膜版，对底电极11进行刻蚀，形成图案化的底电极层。
S2、在底电极11上依次制备P型层12和本征层13，如图7所示。
在一种示例性实施例中，P型层12为P型非晶硅层，本征层13为本征非晶硅层。
在一种示例性实施例中，P型层12和本征层13采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)法制备，在底电极11上沉积P型层12后，更换腔室沉积本征层13，以避免在P型层12与本征层13沉积过程中本征层13被P型层12的掺杂硼(B+)离子污染。
本申请实施例的半导体异质结制备顺序为P/I/N顺序制备，与相关技术中的PIN器件的N/I/P工艺顺序相反。由于与掺杂硼(B+)元素相比，掺杂磷(P+)元素时清洁腔室能够清洁的更彻底，相关技术中PIN器件沉积时，N型层15沉积后可以对腔室进行清洁或者更换腔室后，再进行本征层13与P型层12连续沉积；而本申请实施例的半导体异质结在P型层12沉积后，由于B+很难清除彻底，需要更换腔室进行本征层13沉积以确保不被污染。
在一种示例性实施例中，在P型层12和本征层13采用PECVD法制备时，PECVD装置的腔体温度设置为200摄氏度(℃)至300℃之间。
当PECVD装置的腔体温度设置为250℃(传统PIN沉积温度)时，P型层12和本征层13会存在剥落(peeling)问题，因此，在一种示例性实施例中，将PECVD装置的腔体温度设置为200℃到230℃之间后解决了该问题。
在一种示例性实施例中，P型层12的厚度可以为20纳米至70纳米，示例性的，P型层12的厚度可以为50纳米。
在一种示例性实施例中，本征层13的厚度可以为300纳米至1.2微米(um)，示例性的，本征层13的厚度可以为900纳米。
S3、在本征层13上制备阻挡层14，如图8所示。
在一种示例性实施例中，阻挡层14的材料可以为氮化硅(SiNx)或者氧化硅(SiO2)。
在一种示例性实施例中，阻挡层14的厚度可以为1纳米到5纳米，示例性的，阻挡层14的厚度可以为2纳米。
在一种示例性实施例中，阻挡层14采用PECVD法制备，且阻挡层14与本征层13在PECVD装置的腔体保持真空(keeping vacuum)的情况下，连续沉积。
阻挡层14的作用是防止上层(N型层15)中宽禁带氧化物半导体材料中的元素向本征层13扩散，当宽禁带氧化物半导体材料中的元素向本征层13扩散时，会导致器件的漏电流增大；本申请实施例的光电探测器，通过设置阻挡层14，稳定了器件的暗电流特性，使器件在高温高压下特性保持稳定。
S4、在阻挡层14上依次制备N型层15和横向电极16，如图9所示，P型层12、本征层13和N型层15构成由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，阻挡层14用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散。
在一种示例性实施例中，N型层15可以为N型宽禁带氧化物半导体层。
在一种示例性实施例中，宽禁带氧化物半导体的材料可以包括：铟镓锌氧化物IGZO、氧化锌ZnO、二氧化钛TiO2、铟镓锌Y氧化物IGZYO、铟镓锌X氧化物IGZXO等宽禁带氧化物半导体中的任意一种，X和Y表示掺杂金属：锡Sn且两者掺杂的比例不同。
在一种示例性实施例中，横向电极16的材料可以为ITO电极。底电极11和横向电极16均用于收集产生的光生载流子。
在一种示例性实施例中，N型层15和横向电极16可以采用磁控溅射法制备。
在一种示例性实施例中，N型层15的磁控溅射法制备工艺参数包括：工作气体为氩气(无氧气，即氧气气流量为0sccm)，氩气气流量为50～150sccm，工作气压控制在0.1～1Pa，溅射功率控制在4千瓦至5千瓦，磁铁扫描次数为3次或3次以上。
在一种示例性实施例中，N型层15的厚度可以为5纳米至70纳米。示例性的，N型层15的厚度可以为30纳米。
在一种示例性实施例中，横向电极16的厚度可以为10纳米至70纳米。示例性的，横向电极16的厚度可以为30纳米。
在一种示例性实施例中，该制备方法还包括：
基于第二掩膜版，对N型层15和横向电极16进行湿法刻蚀，形成图案化的N型层15和横向电极16；
基于第三掩膜版，对本征层13和P型层12进行干法刻蚀，形成图案化的本征层13和P型层12。
S5、在横向电极16上制备保护层18和顶电极17，如图10所示，保护层18覆盖半导体异质结以及横向电极16的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面相对且垂直于衬底10与底电极11连接的表面。
在一种示例性实施例中，保护层18的厚度可以为50纳米至200纳米，示例性的，保护层18的厚度可以为100纳米。保护层18可以用于保护半导体异质结的侧壁。
在一种示例性实施例中，保护层18可以通过氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等中的一种或多种叠层设置。
在一种示例性实施例中，在制备保护层18之后且在制备顶电极17之前，该制备方法还包括：在保护层18上制备平坦(Resin)层，平坦层19覆盖保护层18的第三侧面和第四侧面，第三侧面和第四侧面相对且平行于第一侧面和第二侧面，以便后续电极搭接。平坦层19的厚度可以根据器件实际需求进行设置。
在一种示例性实施例中，在制备平坦层19之后，该制备方法还包括：基于第四掩膜版，对保护层18和平坦层19一起进行刻蚀，刻蚀掉横向电极16远离衬底10表面的保护层18和平坦层19。
在一种示例性实施例中，制备顶电极17，包括：沉积透明电极，基于第五掩膜版，对透明电极进行刻蚀，形成顶电极走线。
在一种示例性实施例中，顶电极17可以为ITO电极。
在一种示例性实施例中，顶电极17的厚度可以为20纳米至700纳米。示例性的，顶电极17的厚度可以为40纳米。
在一种示例性实施例中，保护层18还覆盖横向电极16远离衬底10的表面；保护层18设有第一通孔，顶电极17通过第一通孔和横向电极16连接。
在一种示例性实施例中，平坦层19还覆盖保护层18远离衬底10的表面；平坦层19设有第二通孔，第二通孔和第一通孔贯通，顶电极17通过该第二通孔和第一通孔，与横向电极16连接。
如图11和图12所示，实验结果表明，本申请实施例的光电探测器，在300至650纳米的波长范围内都有较高的量子效率，并且在70℃、10V偏压下测试2h暗电流稳定无偏移，这表明本申请实施例的光电探测器对长时间、高精度、高温高压环境具有非常好的适用性，相比传统的非晶硅PIN器件有全面的性能提升。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光电探测器，其特征在于，包括由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，且所述宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料的结界面设置有阻挡层，所述阻挡层用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述半导体异质结包括：P型层、本征层和N型层，其中：
所述P型层为P型非晶硅层，所述本征层为本征非晶硅层；
所述N型层为N型宽禁带氧化物半导体层；
所述阻挡层设置在所述本征层和N型层之间。
3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括衬底、底电极、横向电极、保护层和顶电极，其中：
所述衬底、底电极、P型层、本征层、阻挡层、N型层、横向电极和顶电极从下至上依次层叠设置；
所述保护层覆盖所述半导体异质结以及所述横向电极的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面相对且垂直于所述衬底与底电极连接的表面。
4.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述保护层还覆盖所述横向电极远离所述衬底的表面；
所述保护层设有第一通孔，所述顶电极通过所述第一通孔和所述横向电极连接。
5.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括平坦层，所述平坦层覆盖所述保护层的第三侧面和第四侧面，所述第三侧面和第四侧面相对且平行于所述第一侧面和第二侧面。
6.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述保护层还覆盖所述横向电极远离所述衬底的表面；所述平坦层还覆盖所述保护层远离所述衬底的表面；
所述保护层设有第一通孔，所述平坦层设有第二通孔，所述第一通孔和第二通孔贯通，所述顶电极通过所述第一通孔和第二通孔与所述横向电极连接。
7.根据权利要求1至6任一所述的光电探测器，其特征在于，所述宽禁带氧化物半导体材料包括以下任意一种：铟镓锌氧化物IGZO、氧化锌ZnO、二氧化钛TiO2、铟镓锌Y氧化物IGZYO和铟镓锌X氧化物IGZXO，其中，X和Y表示掺杂锡，且X和Y掺杂的比例不同。
8.一种光电探测器的制备方法，包括：
在衬底上制备底电极；
在所述底电极上依次制备P型层和本征层；
在所述本征层上制备阻挡层；
在所述阻挡层上依次制备N型层和横向电极，所述P型层、本征层和N型层构成由宽禁带氧化物半导体材料与非晶硅材料形成的半导体异质结，所述阻挡层用于阻挡宽禁带氧化物半导体材料中的元素向非晶硅材料扩散；
在所述横向电极上制备保护层和顶电极，所述保护层覆盖所述半导体异质结以及所述横向电极的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面相对且垂直于所述衬底与底电极连接的表面。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述P型层为P型非晶硅层，所述本征层为本征非晶硅层；所述N型层为N型宽禁带氧化物半导体层。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述在所述底电极上依次制备P型层和本征层，在所述本征层上制备阻挡层，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积PECVD法在所述底电极上沉积P型层，沉积的工艺温度在200摄氏度到300摄氏度之间；
更换腔室，使更换的腔室保持真空；
采用等离子体增强化学气相沉积PECVD法在更换的腔室内连续沉积所述本征层和所述阻挡层，沉积的工艺温度在200摄氏度到300摄氏度之间。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112349840A (zh) * 2020-09-16 2021-02-09 西安电子科技大学 一种钙钛矿光电探测器及其制备方法
CN112382682A (zh) * 2020-11-11 2021-02-19 京东方科技集团股份有限公司 光电探测基板及其制备方法、显示装置
CN113406689A (zh) * 2021-05-29 2021-09-17 西北工业大学 一种提高x射线光子计数探测器计数特性的***及方法
WO2021249344A1 (zh) * 2020-06-10 2021-12-16 京东方科技集团股份有限公司 光电探测器及其制备方法
CN114899266A (zh) * 2022-07-14 2022-08-12 西安电子科技大学 基于二硫化钼/锗异质结的pin型光电探测器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542988A (zh) * 2003-09-25 2004-11-03 李 毅 单室沉积非晶硅叠层太阳能电池及制造方法
CN101246926A (zh) * 2007-02-14 2008-08-20 北京行者多媒体科技有限公司 非晶硼碳合金及其光伏应用
CN107017268A (zh) * 2017-04-19 2017-08-04 京东方科技集团股份有限公司 Pin单元器件及其制备方法和指纹识别传感器及其制备方法
CN107579123A (zh) * 2017-08-31 2018-01-12 华中科技大学 一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法
KR20180060769A (ko) * 2016-11-29 2018-06-07 엘지디스플레이 주식회사 광차단층을 구비한 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832269B (zh) * 2011-06-17 2016-06-22 中国科学院微电子研究所 光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法
CN111628035A (zh) * 2020-06-10 2020-09-04 京东方科技集团股份有限公司 一种光电探测器及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542988A (zh) * 2003-09-25 2004-11-03 李 毅 单室沉积非晶硅叠层太阳能电池及制造方法
CN101246926A (zh) * 2007-02-14 2008-08-20 北京行者多媒体科技有限公司 非晶硼碳合金及其光伏应用
KR20180060769A (ko) * 2016-11-29 2018-06-07 엘지디스플레이 주식회사 광차단층을 구비한 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법
CN107017268A (zh) * 2017-04-19 2017-08-04 京东方科技集团股份有限公司 Pin单元器件及其制备方法和指纹识别传感器及其制备方法
CN107579123A (zh) * 2017-08-31 2018-01-12 华中科技大学 一种硒化锑薄膜太阳能电池及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021249344A1 (zh) * 2020-06-10 2021-12-16 京东方科技集团股份有限公司 光电探测器及其制备方法
CN112349840A (zh) * 2020-09-16 2021-02-09 西安电子科技大学 一种钙钛矿光电探测器及其制备方法
CN112382682A (zh) * 2020-11-11 2021-02-19 京东方科技集团股份有限公司 光电探测基板及其制备方法、显示装置
CN113406689A (zh) * 2021-05-29 2021-09-17 西北工业大学 一种提高x射线光子计数探测器计数特性的***及方法
CN113406689B (zh) * 2021-05-29 2024-04-26 西北工业大学 一种提高x射线光子计数探测器计数特性的***及方法
CN114899266A (zh) * 2022-07-14 2022-08-12 西安电子科技大学 基于二硫化钼/锗异质结的pin型光电探测器及其制备方法
CN114899266B (zh) * 2022-07-14 2022-11-11 西安电子科技大学 基于二硫化钼/锗异质结的pin型光电探测器及其制备方法

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