/n-Si异质结构的紫外光电器件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种紫外光电器件的制备方法，具体是指一种基于Sm2O3A1-Si异质结构的紫外光电器件的制备方法。
技术背景
[0002]随着紫外探测技术的发展，紫外探测器越来越受到人们的重视。之前在商业和军事上应用较多的有光电倍增管。光电倍增管需要在高电压下工作，并且体积笨重、容易损坏，对实际应用有很大的局限性。宽禁带半导体材料具有优越的物理化学特性和潜在的技术优势，用它们制作的器件在高频、高温、高功率和短波长应用方面具有优越的工作特性，使得它们在军用、民用领域有更好的发展前景，一直受到半导体业界人士的关注。随着单晶生长技术和异质结外延技术的突破，使得宽禁带半导体紫外探测器件(例如SiC、GaN、ZnO等)的研制和应用得到迅速的发展。
[0003]稀土氧化物由于具有高的电阻率、高的介电常数、大的禁带宽度，近来在光电器件、电子开关、存储器等方面得到了广泛的应用。Sm2O3光电薄膜材料是最近比较热门的Ln系氧化物中的一种，Sm2O3光学薄膜可用来制备光电转换元件、光学开关和数据存储器等。此外Sm2O3薄膜还具有多种用途，可用于电子和磁性器件，可用于特种玻璃的滤光器中。纳米Sm2O3还可以用于制备陶瓷电容器和催化剂等方面。由于Sm2O3具有高的化学稳定性、大的禁带宽度(4.33 eV)、跟Si有合适的导带带偏，因此比较适合被用来考虑做为宽禁带紫外探测材料之一。目前，国内外许多课题组己经在开展Sm2O3薄膜器件的研宄工作，这方面的研宄主要集中在Sm2O3薄膜光学和电学器件上面，对于紫外探测器件方面的研宄还比较少。本专利利用射频磁控溅射方法制备了 Sm203/n-Si异质结构，并通过微纳米加工技术进一步组装成紫外光电探测器。该器件具有整流效应，稳定性好，反应灵敏，加工工艺重复性好，结构牢固等优点，具有很大的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、探测能力强的基于Sm203/n-Si异质结构的紫外光电器件的制备方法。
[0005]本发明的一种基于Sm203/n-Si异质结构的紫外光电器件的制备方法，采用微纳米加工技术，步骤如下:
1)硅衬底预处理:将N型Si(100)硅片放入V (HF) IV(H2O2) =1:5的溶液中浸泡以去除自然氧化层，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥；
2)放置靶材和衬底:把Sm2O3靶材放置在射频磁控溅射系统的靶台位置，用挡板遮住步骤I)处理后的硅衬底一半，将硅衬底固定在样品托上，放进真空腔；
3)薄膜沉积过程:在磁控溅射系统沉积过程中，先将腔体抽真空，加热硅衬底，通入氩气，调整真空腔内的压强，其中，Sm2O3靶材与硅衬底的距离设定为3-6厘米，溅射功率为120-160 W，沉积时间为0.5-2小时；然后进行原位退火。
[0006]4)器件电极的制备:利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Sm203/n-Si异质结上面沉积一层Au薄膜作为测量电极。
[0007]优选的，所述的步骤3)中，腔体抽真空后的电离度为4.0Xl(T4Pa，硅衬底的加热温度为25-100°C，真空腔调整后的压强为1.0-6.0 Pa，Sm2O3靶材与硅衬底的距离设定为5厘米，溅射功率为140 Wo沉积时间为I小时。原位退火时间为I小时。
[0008]更进一步优选的，所述的步骤3)中，硅衬底的加热温度为25°C，真空腔调整后的压强为 1.9-2.1 Pa。
[0009]对构建的Sm203/n-Si异质结光电器件进行光电学性能测试是将探针点在两个电极上，电极之间加电压0.5-4伏特，测得Sm203/n-Si异质结的I_t特性曲线，通过控制紫外光(365nm)照射的开关发现器件具有良好的光电响应。
[0010]作为优选，上述光电学性能测试中电极之间加电压2伏特效果最好。
[0011]本发明的优点:
1、本发明制备过程中，所制备的Sm2O3A1-Si异质结具有优良的光电特性；
2、本发明制备的光电器件性能稳定，反应灵敏，暗电流小，具有好的潜在应用；
3、本发明采用微纳米加工技术制备Sm203/n-Si异质结光电器件，工艺可控性强，操作简单，且重复测试具有可恢复性。
【附图说明】
[0012]图1是用本发明方法制得的Sm2O3薄膜的X射线衍射(XRD)谱图；
图2是用本发明方法制得的Sm2O3薄膜的扫描电镜(SEM)照片；
图3是用本发明方法制得的Sm2O3薄膜的扫描电镜(SEM)照片；
图4是用本发明方法制得的Sm2O3薄膜的紫外可见光吸收光谱图；
图5是用本发明方法测量Sm203/n-Si异质结的示意图；
图6是用本发明方法测得Sm203/n-Si异质结的电极电压为2V的V_i曲线图；
图7是用本发明方法测得Sm203/n-Si异质结的电极电压为(-l)V的1-t曲线图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合实例进一步说明本发明。
[0014]实施例1 步骤如下:
(I)将N型Si (100)硅片放入V(HF):V(H202)=1:5的溶液中浸泡15秒(去除自然氧化层)，和石英衬底一起用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗15分钟，并真空干燥。
[0015](2)把纯度为99.9%的Sm2O3靶材放置在射频磁控溅射系统的靶台位置，将硅(Si)衬底(用挡板遮住一半)固定在样品托上，放进真空腔，Sm2O3靶材与衬底的距离设定为5厘米。
[0016](3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在4.0X 10_4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强为2.1 Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为140 W，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为2小时，结束后关闭射频功率源，并进行原位退火I小时。最后等射频磁控溅射系统冷却至室温后将硅(Si)衬底和石英衬底取出，发现衬底表面有一层淡黄色的沉积物。将硅(Si)衬底上的薄膜放进X射线衍射仪中扫描，结果如图1中XRD谱图所示，出现了(222)和(400)两个较强的衍射峰。取出后在扫描电镜下观察如图2和3，发现薄膜表面较平整，薄膜的厚度约为170nm。把石英衬底上的薄膜放进紫外可见光分析仪中进行测量，所得的紫外吸收光谱如图4所示，在紫外区域有很强的吸收。
[0017](4)将掩膜版覆盖在Sm203/n-Si异质结上面，并通过射频磁控派射技术沉积一层约50 nm厚的金(Au)薄膜作为测量电极。测量示意图如图5。
[0018](5)在电极两端施加电压进行光电性能测量，其V-1和1-t曲线如图6和图7所示:图6的V-1曲线中出现了明显的整流效应。当外加电压为2伏特并在365nm紫外光的照射下，整流比的增量很大。图7中的1-t曲线是在-1伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。
[0019]实施例2
步骤(1)、(2)和(4)均与实施例1相同。步骤(3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在4.0X10_4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强为1.0 Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为140 W，接着预溅射5分钟，之后打开挡板进行正式溅射。溅射时间设为2小时，结束后关闭射频功率源，并进行原位退火I小时。最后等射频磁控溅射系统冷却至室温后将衬底取出，发现衬底表面有一层淡黄色的沉积物。
[0020](5)在电极两端施加电压进行光电性能测量，V-1测量所施加最大电压为2伏特，1-t曲线是在-1伏特的电压下测量的，发现控制紫外灯开关，电流瞬时发生变化。测试结果均与实施例1类似。
[0021]实施例3
步骤(1)、(2)和(4)均与实施例1相同。
[0022](3)先将腔体抽真空，等真空腔的电离度大约在4.0 X 10_4Pa时，通入氩气(Ar)，调整真空腔内的压强为5.1 Pa，然后打开射频功率源，调整溅射功率为140 W，接着预溅