专利名称：光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着天文、高能物理、空间技术等领域的研究和探索工作的不断深入，对紫外探测技术和探测材料提出了更高的要求。紫外(UV)探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术，在军事和民用方面均有很高的应用价值。军事上，紫外探测技术可用于导弹制导、导弹预警、紫外通信、紫外干扰、光电对抗等领域，这些已引起军方的高度重视。紫外探测技术在民用领域巾，可用于紫外天文学、紫外树脂同化、燃烧工程及紫外水净化处理巾的紫外线测量、火焰探测、生物效应、天际通信及环境污染检测等非常广泛的领域。 相比于传统红外探测器，紫外探测具备独特优势比如说紫外探测可以用于在白天探测导弹或飞机，如果此时用红外，会受日光影响。紫外线在进入大气层时被吸收(200-290nm,日盲区)，而红外线则能穿过大气，所以大气环境里的红外干扰比较严重，而紫外环境相对较干净。所以紫外探测器可以在强红外干扰环境下探测热源。而且现在有的加油站里也在用紫外热源探测器来探测是否有危险热源。而红外探测器就容易因为干扰热源太多而产生误报警。紫外探测技术的关键是研制高灵敏度、低噪声的紫外探测器。紫外成像的探测器可大致分为两类光阴极探测器和半导体探测器。相比光阴极探测器，半导体紫外探测不仅更紧凑，更坚固，具有更高的量子效率，驱动电压更低，而且还能在高温环境中获得更好的稳定性。根据光电探测材料，典型的紫外固体探测器有Si (或者GeSi，PtSi等)紫外探测器、SiC紫外探测器以及AlGaN(或者GaN)紫外探测器。制作的工艺方法包括化学气相沉积法(CVD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(SOL-GEL)、水热法等。上述方法中半导体材料一般处于多晶态、晶态或者超晶格。此外，ZnO也可作为紫外探测器的光电探测材料，ZnO是一种直接带隙宽禁带氧化物半导体材料，室温下其禁带宽度约为3. 37eV,激子复合能高达60meV，ZnO薄膜一般处于多晶态或者晶态。不仅如此，ZnO还具有生长温度低、较低的电子诱生缺陷、阈值电压低等优点，并且原料易得、价廉、无污染。常见的制作方法为磁控溅射法(Sputter)、化学气相沉积法(CVD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(SOL-GEL)、水热法等。然而，上述现有的半导体紫外探测器，其所用的光电探测材料处在多晶态或晶态，制造成本高，光电效率较低，但随着探测应用需求的提高，对光电效率也提出了更高的要求。
发明内容
本发明实施例提供ー种用于紫外探測器的光电探测叠层、半导体紫外探測器及其制造方法，通过形成宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替堆叠的光电探测叠层，来提高光电效率，同时也降低了成本。为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案一种用于紫外探測器的光电探测叠层，包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η彡I。
可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层为掺In的ZnO基半导体或其它ニ元或多元非晶态氧化物半导体。可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层从包含以下材料的组中选择形成InGaZnO、InZnO, HfInZnO, TaInZnO, ZrInZnO, YInZnO,AllnZnO、SnlnZnO、TiO2> Ιη203、ZTO、ITO、ZnO 或 SnOx0可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 3-3. 5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 0-3. 25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 5-4. OeV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 3-3. 5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 5-4. OeV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 0-3. 25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。可选地，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层的厚度为l-1000nm。此外，本发明还公开了具有上述光电探测叠层的一种半导体紫外探測器，包括上述的光电探测叠层，还包括衬底和电极，所述光电探测叠层位于所述衬底之上，所述电极位于所述光电探测叠层之上。此外，本发明还公开了具有上述光电探测叠层的另ー种半导体紫外探測器，包括上述的光电探测叠层，还包括衬底和栅电极、栅绝缘层、源/漏电极，所述栅电极位于衬底之上，所述栅绝缘层覆盖栅电极及栅电极两侧的衬底，所述光电探测叠层位于所述栅绝缘层之上，所述源/漏电极位于栅电极两侧的光电探测叠层之上。此外，本发明还公开了具有上述光电叠层的半导体紫外探測器的制造方法，包括提供衬底；在所述衬底上依次交替堆叠宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层，以形成包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的光电探测叠层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η > I ；在光电探测叠层上形成电极。此外，本发明还公开了具有上述光电探测叠层的另一种半导体紫外探测器的制造方法，包括提供衬底；在所述衬底上形成栅电极；在所述栅电极及栅电极两侧的衬底上形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层上依次交替堆叠宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层，以形成包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的光电探测叠层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大
在栅电极两侧的所述光电探测叠层上形成源/漏电极。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本发明实施例的光电探测叠层、半导体紫外探测器及其制造方法，通过形成宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列的多层结构的光电探测叠层，来作为紫外探测器的探测材料，由于采用非晶态氧化物半导体材料作为探测材料，相对于采用多晶态或晶态的探测材料，大大降低了制造成本，而且，由于窄带隙和宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度不同，形成的高低交错能带的非晶态氧化物半导体堆叠结构的光电探测叠层，导致单一能带导带底或价带顶的能级分裂，产生大量的亚带分布，亚带激发增强了多层薄膜的光电效应，产生更多的光生载流子，与此同时，除了常规的导带底的直接输运模式，载流子在相邻的窄禁带材料导带底之间存在通过宽禁带材料禁带的遂穿输运效应，因此增强了光生电流，大大提高了光电效率。
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图I为根据本发明实施例的用于紫外探测器的光电探测叠层的示意图；图2为根据本发明实施例的用于紫外探测器的光电探测叠层的原理示意图；图3根据本发明实施例一的半导体紫外探测器的结构示意图；图4为根据本发明实施例二的半导体紫外探测器的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如背景技术所描述的，传统的紫外探测器多采用多晶态或晶态的半导体材料作为光电探测材料，而这些材料的成本高，光电效率较低，为此，本发明提出了一种为用于紫外探测器的光电探测叠层，通过形成宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列的多层结构光电探测叠层，来作为紫外探测器的探测材料层，其非晶态氧化物半导体的制造成本低，而且高低交错能带的非晶态氧化物半导体堆叠结构能大大提闻光电效率，该光电探测置层包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η彡I。其中，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层、窄带隙的非晶态氧化物半导体层为 非晶态的氧化物半导体材料，其禁带宽度在3. OeV-4. OeV之间，可以为掺In的ZnO基半导体材料或除掺In的ZnO基半导体之外的其它二元或多元非晶态氧化物半导体材料，所述掺In 的 ZnO 基半导体材料例如 InGaZnO、InZnO、HfInZnO、TaInZnO、ZrInZnO、nnZnO、AlInZnO、SnInZnO等，其中In原子中的外层电子是主要导电电子源，通过相邻氧空位导电，Zn原子起到稳定微晶胞结构的作用，而Ga、Hf、Ta、Zr、Y、Al、Sn等等第三掺杂剂起控制氧空位的产生率从而改变半导体的导电率，掺In的ZnO系半导体中[In]/([In] +[第三掺杂剂])的原子计数比为35% 80%，[Zn]/([In]+ [Zn])的原子计数比为40% 85%。优选的各元素原子计数比为[In][第三掺杂剂]:[Zn] [O] = I : I : I : I或者I : I : I : 2或者2 2 2 I或者I : I : I : 4等。所述其它二元或多元非晶态氧化物半导体材料例如 TiO2、In2O3' ZTO、IT0(In203:Sn)、ZnO 或 SnOx 等。其中，所述光电探测叠层为紫外探测器的紫外探测层，为由交替排列的m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层组成，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η > 1，也就是说，由具有不同禁带宽度的宽带隙和窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替堆叠组成非晶态氧化物半导体的、多层结构的紫外探测层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层的厚度可以为Ι-lOOOnm，优选地，可以为IO-IOOnm0在其中一个实施例中，如图I所示，光电探测叠层为具有3层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和2层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，g卩，m = 3、η = 2，所述光电探测叠层200的结构为，由第一宽带隙的非晶态氧化物半导体层200-1、第一窄带隙的非晶态氧化物半导体层200-2、第二宽带隙的的非晶态氧化物半导体层200-3、第二窄带隙的的非晶态氧化物半导体层200-4、第三宽带隙的非晶态氧化物半导体层200-5交替堆叠形成。在一些实施例中，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层可以从禁带宽度在3. 3-3. 5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，例如InGaZnO、HfInZnO, TaInZnO,ZrInZnO, YInZnO, AlInZnO等，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层可以从禁带宽度在3. 0-3. 25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，例如InZnO、TiO2等。
在另ー些实施例中，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层可以从禁带宽度在3. 5-4. OeV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，例如ln203、ITO等，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层可以从禁带宽度在3. 3-3. 5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，例如 InGaZnO、HfInZnO,TaInZnO,ZrInZnO,YInZnO,AlInZnO 等。在又一些实施例中，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层可以从禁带宽度在
3.5-4. OeV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，例如ln203、ITO等，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层可以从禁带宽度在3. 0-3. 25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，例如InZn0、Ti02等。以上宽带隙的非晶态氧化物半导体层及窄带隙的非晶态氧化物半导体层材料的选择仅为示例，本发明并不限于此。对于本发明中的具有宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物 半导体层交替排列的多层结构的光电探测叠层，除了直接激发光电子，还存在窄带隙的非晶态氧化物半导体材料导带带底附近的压带激发，从而提高探測器的光电效率，以下结合原理示意图对其原理及效果进行详细的描述。參考图2所示，图2为3层宽带隙200-1、200-3、200-5和2层窄带隙的非晶态氧化物半导体200-2、200-4交替排列组成的光电探测叠层产生光电流的原理示意图，在光电探测叠层两端加偏压，由于窄带隙和宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度不同，形成的高低交错能带的光电探测叠层结构，导致单一能带导带底或价带顶的能级分裂，产生大量的亚带分布。亚带激发增强了多层薄膜的光电效应，产生更多的光生载流子，与此同吋，除了常规的导带底的直接输运模式，载流子在相邻的窄禁带材料导带底之间存在通过宽禁带材料禁带的遂穿输运效应，因此增强了光电流的导电。基于上述原理，窄带隙和宽带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列组成的紫外探測器的光电效率得到了很大的提高。以上对本发明的光电探测叠层的结构及原理进行了详细的描述，该光电探测叠层可以用于MSM(Metal-Smiconductor_Metal,金属-半导体-金属)结构的紫外探测器以及TFT (Thin Film Transistor,薄膜晶体管)结构的紫外探测器，以下将对具有该光电探测叠层的半导体紫外探测器进行详细的描述。实施例一在本实施例中，提供了具有上述光电探测叠层的MSM结构的半导体紫外探測器，參考图3所示，所述探测器包括衬底300 ；衬底300上的光电探测叠层200 ；光电探测叠层200上的电极320 ；其中，所述光电探测叠层包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、n > I。需要说明的是，在本实施例中，对于光电探测叠层的内容全部引用上述光电探测叠层中的描述，在此不在赘述。在本实施例中，所述衬底300为绝缘衬底并提供支撑，其材质例如为表面为ニ氧化硅的硅片(优选为绝缘体上硅SOI，也可以在体硅衬底上沉积或热氧化制成ニ氧化硅的衬垫层)、玻璃(可以掺杂为常用的硼磷硅玻璃BPSG，也可以是旋涂玻璃S0G，玻璃衬底优选具有矩形形状以适于切割和大面积制造)、石英、塑料(优选为具有较高熔点和硬度以及良好绝缘性的组合物)等。衬底基本为平板状，包括ー对主表面，也即下表面和上表面，还包括位于上下主表面之间的侧表面。衬底的上表面可以具有粗糙结构、周期性凹凸结构，以便增强接合強度，例如通过稀HF酸湿法刻蚀或等离子体刻蚀等常用技术来实现，还可以形成缓冲层以减缓应カ或粘合层以增强接合強度(缓冲层或粘合层未示出)。在本实施例中，所述电极320可以为金属电极或其他合适的电极材料，金属电极例如Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au等，所述电极用于偏压和引出，在此实施例中，所述电极为相对设置的ー对金属电极，同光电探测叠层形成两个肖特基ニ极管对接结构(MSM结构)，优选地，为相互交错的ー对金属电极，所述电极的形状还可以是平行或不平行的直线、折线或曲线，具体的布线依据MSM结构所需的ニ极管电学特性需要而设定。对于上述的MSM结构的半导体紫外探測器，在电极上加偏置电压，通常情况下暗电流极小，当外部紫外线照射下，宽禁带的非晶态氧化物半导体由紫外线激发光电子，产生 光生载流子，由此提供额外的光电流，并由电极引出产生探測信号。对于非晶态氧化物半导体其禁带宽度在3. 0-4. OeV之间，对应地，直接吸收本征光波波长在310-400nm之间，因此，对可见光(400_760nm)有好的透过性，而对于波长小于400nm的紫外线有较好的直接吸收性。对于本发明的MSM结构的半导体紫外探測器，通过采用具有宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列的多层结构的光电探测叠层，来作为该探測器的探測材料，在电极偏压时，该光电探测层产生大量的亚带分布，亚带激发增强了多层薄膜的光电效应，产生更多的光生载流子，与此同吋，除了常规的导带底的直接输运模式，载流子在相邻的窄禁带材料导带底之间存在通过宽禁带材料禁带的遂穿输运效应，因此增强了光生电流，大大提高了探測器的光电效率。以上对实施例一的半导体紫外探测器进行了详细的描述，为了更好的理解本发明，以下将结合图3对本实施例的MSM结构的半导体紫外探測器的制造方法进行详细的描述。首先，提供衬底300。在一个实施例中，所述衬底300可以为表面为ニ氧化硅的硅片。而后，在所述衬底300上依次交替堆叠宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层，以形成包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的光电探测叠层200，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η > I。可以通过磁控溅射法(Sputter)、化学气相沉积法(CVD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(SOL-GEL)、水热法等来形成该光电探测叠层，在本实施例中优选使用磁控溅射法。在一个实施例中，所述光电探測叠层为包括3层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和2层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的多层堆叠结构，可以通过磁控溅射法从下至上依次淀积第一宽带隙的非晶态氧化物半导体层200-1、第一窄带隙的非晶态氧化物半导体层200-2、第二宽带隙的的非晶态氧化物半导体层200-3、第二窄带隙的的非晶态氧化物半导体层200-4、第三宽带隙的的非晶态氧化物半导体层200-5来形成，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层可以为ITO，厚度可以为Ι-lOOOnm，优选地，可以为lO-lOOnm，所述窄带隙的的非晶态氧化物半导体层可以为InGaZnO,厚度可以为Ι-lOOOnm，优选地，可以为lO-lOOnm，此处光电探测叠层的结构、材料及制作方法等仅为示例，本发明并不限于此。而后，在所述光电探测叠层200上形成电极320。可以通过溅射或其他合适的方法形成电极。在本实施例中，通过溅射的方法来形成相对设置的一对金属电极320。至此形成了本发明实施例的MSM结构的半导体紫外探测器，此实施例仅为根据本发明的一个实施例，本发明并不限于此。实施例二
在本实施例中，提供了具有上述光电探测叠层的TFT结构的半导体紫外探测器，参考图4，所述探测器包括衬底300 ；衬底300上的栅电极310 ；栅电极310及栅电极两侧的衬底300上的栅绝缘层312 ；栅绝缘层312上的光电探测叠层200 ；栅电极310两侧的所述光电探测叠层200上的源/漏电极320 ；其中，所述光电探测叠层包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η > I。需要说明的是，在本实施例中，对于光电探测叠层的内容全部引用上述光电探测叠层中的描述，在此不在赘述。在本实施例中，所述光电探测叠层200为该TFT紫外探测器的沟道有源区。在本实施例中，所述衬底300为绝缘衬底并提供支撑，同实施例一中衬底的描述，在此不在赘述。在本实施例中，所述栅电极310可以为高导电的金属，例如Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、Cu、Ag等，还可以是多晶硅或其他合适的导电材料，优选为高掺杂的多晶硅，以降低栅电极的电阻。在本实施例中，所述栅绝缘层312用作TFT器件的栅极绝缘隔离，其材质可以低介电常数(低k)材料，例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，也可以是高介电常数(高k)材料，例如氧化铪、氧化钽、氧化铝等等，还可以为其他合适的介质材料，栅绝缘层可以是单层结构也可以是多层层叠结构，或是这些材料交错层叠构成的绝缘介质堆叠，例如氧化硅与氮化硅层叠构成的0N0堆叠，或者氧化硅与氧化铪构成的层叠结构。在本实施例中，所述源/漏电极320可以为金属电极或其他合适的电极材料，金属电极例如Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au等，所述源/漏电极为在TFT器件的源区和漏区上形成一对金属电极以分别用作源极和漏极的电极，即源电极和漏电极。在该实施例的器件中，所述栅电极、源漏/电极与光电探测叠层构成欧姆接触，栅电极通过栅电场控制沟道有源区的横向导电，从而形成薄膜场效应晶体管。当在栅电极上加正偏置电压时，源极接地，漏极接正偏压，晶体管处于压控电流放大状态，此时向与其连接的存贮电容(图未示出)充电；在栅电极上加负偏置电压时，源极接地，漏极接正偏压，晶体管一般处于电流截止状态，存储电容的电荷一般不变，若此时紫外线照射下，光电探测叠层构成的有源区中有光电电流产生，在沟道区中产生反向漏电，导致存储电荷泄漏，由此提供光电变化信号，若光电效应强，则反向漏电增大，电荷泄放速度增加，表征更强的探测信号。同上述实施例一，本实施例的TFT结构的半导体紫外探测器通过采用本发明的光电探测叠层作为沟道有源区，增强光生电流，提高探测器的光电效率。以上对实施例二的半导体紫外探测器进行了详细的描述，为了更好的理解本发明，以下将对本实施例的TFT结构的半导体紫外探测器的制造方法进行详细的描述。首先，提供衬底300。在一个实施例中，所述衬底可以为表面为二氧化硅的硅片。 而后，在所述衬底300上形成栅电极310。在一个实施例中，可以采用溅射的方法并进行图案化来形成金属的栅电极。而后，在所述栅电极310及栅电极两侧的衬底300上形成栅绝缘层312。在一个实施例中，可以通过化学气相淀积(CVD)的方法形成栅绝缘层。而后，在所述栅绝缘层312上依次交替堆叠宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层，以形成包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和η层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的光电探测叠层200，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、η > I。该步骤中形成光电探测层的方法同实施例一中形成光探测层的方法，不在赘述。而后，在栅电极310两侧的所述光电探测叠层200上形成源/漏电极320。在一个实施例中，可以通过溅射的方法形成金属的源/漏电极。至此，形成了本发明实施例的TFT结构的半导体紫外探测器，此实施例仅为根据本发明的一个实施例，本发明并不限于此。以上对本发明的光电探测叠层及原理、半导体紫外探测器及其制造方法进行了详细的描述，此外，本发明还提供了试验数据，以更好地说明本发明技术方案的有益效果。偏压光生电流
暗电流单层结构多层交错结构
-207. 61E-12I. 34E-07I. 48E-05
-195. 84E-123. 42E-07I. 88E-05
-185. 14E-128. 46E-072. 09E-05
-174. 62E-12I. 12E-062. 24E-05
-164. 20E-12I. 38E-062. 36E-05
-153. 80E-12I. 65E-062. 49E-05 -143. 45E-12I. 95E-062. 65E-05
-133. 12E-122. 32E-062. 83E-05
-122. 84E-122. 76E-063. 06E-05
-112. 54E-123. 37E-063. 31E-05
-102. 26E-124. 20E-063. 67E-05
-92. 00E-124. 08E-064. 12E-05
-8I. 74E-126. 81E-064. 67E-05
-7I. 48E-129. 54E-065. 37E-05
-6I. 27E-12I. 30E-056. 25E-05
-5I. 16E-12I. 72E-057. 38E-05
-49. 85E-132. 20E-058. 80E-05
-37. 64E-132. 74E-05I. 05E-04
-2I. 82E-123. 34E-05I. 26E-04
-II. 71E-083. 99E-05I. 49E-04
08. 03E-074. 72E-05I. 74E-04
15. 25E-064. 87E-05I. 58E-04
2I. 59E-056. 32E-052. 20E-04
33. 31E-057. 52E-052. 56E-04
45. 46E-058. 85E-052. 87E-04
58. 40E-05I. 04E-043. 18E-04
6I. 18E-04I. 23E-043. 50E-04
7I. 56E-04I. 45E-043. 83E-04
8I. 98E-04I. 72E-044. 18E-04
92. 43E-042. 02E-044. 54E-04
102. 92E-042. 37E-044. 92E-04
113. 42E-042. 76E-045. 31E-04
123. 94E-043. 19E-045. 72E-04
134. 46E-043. 65E-046. 14E-04
144. 97E-044. 14E-046. 55E-04
155. 22E-044. 64E-046. 95E-04
165. 79E-044. 88E-047. 33E-04
176. 30E-045. 53E-047. 67E-04
186. 77E-046. 12E-047. 97E-04
197. 21E-046. 66E-048. 22E-04
207. 63E-047. 18E-048. 42E-04表I如下表I所示，表I为单层非晶态氧化物半导体结构、以及本发明窄带隙和宽带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列组成的光电探测叠层结构在-20-20V的偏压下光生电流同暗电流的对比，可以看出，二者对暗电流都有若干数量级的增加，而且，本发明窄带隙和宽带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列組成的多层结构比单层非晶态氧化物半导体的光上电流有大幅提高，例如，在-IOV的偏压下(相当于TFT探測器)，本发明的多层结构的光生电流为单层结构的15倍，在O偏压下(相当于MSM探测器)在5倍以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种用于紫外探测器的光电探测叠层，其特征在于，包括 m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和n层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m> n ^ I o
2.根据权利要求I所述的光电探测叠层，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层为掺In的ZnO基半导体或其它二元或多元非晶态氧化物半导体。
3.根据权利要求I或2所述的光电探测叠层，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层从包含以下材料的组中选择形成InGaZnO、InZnO、HflnZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、Ti02、In2O3> ZTO、ITO、ZnO或 SnOx。
4.根据权利要求I所述的光电探测叠层，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 3-3. 5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 0-3. 25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。
5.根据权利要求I所述的光电探测叠层，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 5-4. OeV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 3-3. 5eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。
6.根据权利要求I所述的光电探测叠层，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 5-4. OeV的非晶态半导体氧化物材料中选择形成，所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层从禁带宽度在3. 0-3. 25eV的非晶态氧化物半导体材料中选择形成。
7.根据权利要求I所述的光电探测叠层，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的肖_晶态氧化物半导体层的厚度为I -1 OOOnm。
8.一种半导体紫外探测器，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的光电探测叠层，还包括衬底和电极，所述光电探测叠层位于所述衬底之上，所述电极位于所述光电探测叠层之上。
9.一种半导体紫外探测器，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的光电探测叠层，还包括衬底和栅电极、栅绝缘层、源/漏电极，所述栅电极位于衬底之上，所述栅绝缘层覆盖栅电极及栅电极两侧的衬底，所述光电探测叠层位于所述栅绝缘层之上，所述源/漏电极位于栅电极两侧的光电探测叠层之上。
10.一种半导体紫外探测器的制造方法，其特征在于，包括 提供衬底； 在所述衬底上依次交替堆叠宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层，以形成包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和n层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的光电探测叠层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、n ^ I ； 在光电探测叠层上形成电极。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层为掺In的ZnO基半导体或其它二元或多元非晶态氧化物半导体。
12.根据权利要求10或11所述的制造方法，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层从包含以下材料的组中选择形成InGaZnO、InZnO、HflnZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、TiO2> In2O3> ZTO、ITO、ZnO或 SnOx。
13.一种半导体紫外探测器的制造方法，其特征在于，包括 提供衬底； 在所述衬底上形成栅电极； 在所述栅电极及栅电极两侧的衬底上形成栅绝缘层； 在所述栅绝缘层上依次交替堆叠宽带隙的非晶态氧化物半导体层和窄带隙的非晶态氧化物半导体层，以形成包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和n层窄带隙的非晶态氧化物半导体层的光电探测叠层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、n > I ； 在栅电极两侧的所述光电探测叠层上形成源/漏电极。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层为掺In的ZnO基半导体或其它二元或多元非晶态氧化物半导体。
15.根据权利要求13或14所述的制造方法，其特征在于，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层或窄带隙的非晶态氧化物半导体层从包含以下材料的组中选择形成InGaZn0、InZnO、HflnZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、YInZnO、AllnZnO、SnlnZnO、TiO2> In2O3> ZTO、ITO、ZnO或 SnOx。
全文摘要
本发明实施例公开了一种光电探测叠层，包括m层宽带隙的非晶态氧化物半导体层和n层窄带隙的非晶态氧化物半导体层，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层与窄带隙的非晶态氧化物半导体层交替排列，所述宽带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度大于所述窄带隙的非晶态氧化物半导体层的禁带宽度，m、n≥1；光电探测叠层上的电极。通过形成的高低交错能带的非晶态氧化物半导体的光电探测叠层，增强了光生电流，大大提高了光电效率。
文档编号H01L31/112GK102832269SQ20111016438
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者殷华湘, 陈大鹏 申请人:中国科学院微电子研究所