本发明涉及肖特基二极管半导体器件技术领域，具体涉及一种基于mo/znon/mo的msm结构及其制备方法。
背景技术：
在柔性电子方面，如rfid、柔性太阳能电池、柔性电路等，高性能的肖特基二极管起着至关重要的作用。此外，肖特基接触还出现在金属氧化物tft的源漏极接触中。近年来，人们对a-igzo基肖特基势垒二极(sbd)及igzo薄膜已有相当的研究，a-igzo基肖特基二极管由于其高速运行的优势而备受关注。但是，这种肖特基接触的特性高度依赖于多元半导体中的配比，尤其是金属-半导体界面的氧含量，需要进行退火处理或通过引入诸如氧等离子体刻蚀或uv臭氧的预处理以在金属-半导体界面处产生富氧层。因此有必要开发一种工艺简单，性能卓越，可以大面积低成本制备的肖特基二极管，以满足柔性电子发展的需要。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对上述现有的肖特基二极管需要进行退火处理、氧等离子体刻蚀或uv臭氧的预处理，工艺复杂的问题，本发明提供一种基于mo/znon/mo的msm结构及其制备方法。
本发明提供的技术方案是一种基于mo/znon/mo的msm结构，所述msm结构为平行二极管结构或垂直二极管结构，所述msm结构包括玻璃衬底以及沉积于玻璃衬底上的外延层，所述外延层包括选自mo金属电极层、znon薄膜层中的至少2层，相邻层之间通过沉积形成。
优选的，所述msm结构包括玻璃衬底以及沉积于玻璃衬底上的外延层，所述外延层包括mo金属电极层和znon薄膜层，所述mo金属电极层包括由mo薄膜刻蚀形成的2个金属电极，使所述msm结构形成平行方向背靠背肖特基二极管结构。
更为优选的，所述msm结构包括玻璃衬底以及沉积于玻璃衬底上的外延层，所述外延层为mo金属电极层和znon薄膜层依次排列形成，或所述外延层为znon薄膜层和mo金属电极层依次排列形成。
优选的，所述msm结构包括玻璃衬底以及沉积于玻璃衬底上的外延层，所述外延层包括znon薄膜层和2层mo金属电极层，所述znon薄膜层位于2层mo金属电极层之间，使所述msm结构形成垂直方向背靠背肖特基二极管结构。
本申请技术方案提供一种上述基于mo/znon/mo的msm结构的制备方法，
当所述msm结构为平行二极管结构时，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对玻璃基片进行清洗，得到玻璃衬底；
(2)在玻璃衬底上依次沉积、刻蚀外延层的每一层即得所述msm结构；
其中，所述外延层包括选自mo金属电极层、znon薄膜层中的至少2层；
当所述msm结构为垂直二极管结构时，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对玻璃基片进行清洗，得到玻璃衬底；
(2)在玻璃衬底上依次沉积外延层的每一层即得所述msm结构；
其中，所述外延层包括选自mo金属电极层、znon薄膜层中的至少2层，在沉积znon薄膜层后还进行刻蚀操作。
优选的，所述znon薄膜层的沉积方法为：采用射频磁控溅射方法，以99.99％纯度的锌靶为溅射靶材，以氩气、氧气、高纯氮气的混合气体为溅射气体，沉积前通入氩气对锌靶进行2～10min的预溅射，溅射过程中氩气与氧气的气体流量分别为10～50sccm和0.1～10sccm，氮气气体流量为10～150sccm，溅射时间为1～20min，溅射功率为60～150w，衬底温度为20～30℃，生成znon薄膜层厚度为10～100nm。
更为优选的，所述氮气和氧气的气体流量比为10～150。
更为优选的，所述氮气和氧气的气体流量比为40～100。
优选的，所述znon薄膜层的刻蚀方法为：采用匀胶旋涂后进行光刻，设置曝光时间为5s，并调整掩膜版位置以形成所需图案，曝光结束后用1～4％naoh溶液进行显影，显影时间为5-10s，用0.5～3％的酸性溶液进行刻蚀，刻蚀时间为5～15s，刻蚀温度为20～30℃。
优选的，所述mo金属电极层的沉积方法为：采用直流磁控溅射方法，以99.99％纯度的钼靶为溅射靶材，沉积前通入氩气对钼靶进行2～10min的预溅射，以氩气为溅射气体，薄膜溅射时间为2～10min，衬底温度为20～30℃。
优选的，所述mo金属电极层的刻蚀方法为：采用匀胶旋涂后进行光刻，设置曝光时间为5s，并调整掩膜版位置以形成所需图案，曝光结束后用1～4％naoh溶液进行显影，显影时间为10s，用4～15％h2o2溶液进行刻蚀，刻蚀时间为10～25s，刻蚀温度为20～30℃。
传统的a-igzo半导体薄膜特性取决于in/ga/zn/o2的比例，工艺控制难度大，而本申请技术方案中的znon只需要控制氮氧，靶材只含有zn金属元素，易于控制实验进程，并且由于没有贵重金属成分，成本大幅降低；传统的a-igzo半导体薄膜能带结构中存在高密度的陷阱态，必须进行高达400℃温度退火或氧等离子处理，并且这些隙态导致持续光电流高，影响作为光电探测器使用，而znon禁带宽度窄，隙态密度较小，因此持续光电流很低，不需要退火在常温下就可以通过调控氮含量而实现非晶薄膜，制备工艺进一步简化；传统的a-igzo半导体薄膜结构复杂，表面态严重限制了肖特基势垒的实现，通常需要使用昂贵的au/pt等金属，且由于氧化鎵的存在，a-igzo的载流子迁移率较低，肖特基势垒二极管性能有限，而znon的表面态由于氮元素的引入得以降低，且载流子迁移率较高，因此可以与mo形成肖特基势垒，符合金属-半导体接触的理论模型。因此，本申请的msm结构制备工艺简单，能够解决现有的肖特基二极管需要进行退火处理、氧等离子体刻蚀或uv臭氧的预处理，工艺复杂的问题。
此外，本申请技术方案对所制备的znon薄膜和mo薄膜是先后进行刻蚀的，刻蚀液的选取及工艺参数的确定，使得在刻蚀过程中不会对前面形成的薄膜有所损坏，所以工艺刻蚀工艺规范很好地保护了图形化后的薄膜。
基于以上阐述，本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)znon薄膜具有较好的感光性能，平行结构的mo/znon/mo肖特基二极管可应用于光电探测器件领域且感光区面积易于调整；(2)mo/znon/mo背靠背型肖特基二极管可以应用于柔性电子器件领域；(3)本发明的mo/znon/mo结构制备方便，制备工艺流程简单，无需进行退火处理、氧等离子体刻蚀或uv臭氧的预处理，易于大面积化。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的基于mo/znon/mo的msm结构肖特基二极管的截面示意图；
图2为本发明实施例2所述的基于mo/znon/mo的msm结构肖特基二极管的截面示意图；
图3为本发明实施例3所述的基于mo/znon/mo的msm结构肖特基二极管的截面示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为不同氧氮流量比条件下制备的znon薄膜的透射光谱。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示的一种基于mo/znon/mo的msm结构，其中100为玻璃衬底，101为znon薄膜层，102为mo金属电极层，mo金属电极层包括由mo薄膜刻蚀形成的2个金属电极；该结构为平行二极管结构，存在两个背靠背的肖特基二极管。其制备方法包括以下步骤：
(1)玻璃衬底的清洗；
(2)在所述玻璃衬底上制备znon薄膜；
(3)对所制备的znon薄膜进行刻蚀；
(4)在所述刻蚀后的znon薄膜上制备mo薄膜；
(5)对所制备的mo薄膜进行刻蚀形成两个金属电极。
其中，步骤(1)清洗衬底的步骤包括：
a、首先用洗涤剂超声清洗玻璃基片，之后用去离子水反复超声清洗；
b、在烧杯中倒入适量丙酮，将玻璃基片放入烧杯中，超声清洗15min；
c、取另一烧杯，倒入适量无水乙醇，将基片放入烧杯中超声处理15min；
d、将超声后的玻璃基片放入装有去离子水的烧杯中，超声15min；
e、用高纯氮气枪吹干玻璃基片，然后放烘箱中继续烘干。
步骤(2)znon薄膜制备方法为：
使用射频磁控溅射方法，以99.99％纯度的锌靶为溅射靶材，以氩气、氧气、高纯氮气的混合气体为溅射气体，溅射前腔体本底真空低于5×10-4pa，以去除腔体内的空气，溅射功率为60-150w，衬底温度为室温，沉积znon薄膜前对锌靶进行5min的预溅射，预溅射功率为120w，以去除锌靶表面杂质，提高znon成膜质量，溅射过程中氩气与氧气的气体流量固定为15sccm和1sccm，氮气气体流量设置为10～150sccm，生成薄膜厚度为10～100nm。
步骤(3)znon薄膜刻蚀方法为：
匀胶机旋转台转速设置为低速500转/min、5s，高速3000转/min、30s，旋涂完毕后将基片放置于烘箱内烘烤2min，烘箱温度为120℃；待基片冷却后将其置于光刻机平台上，设置曝光时间为5s，并调整掩膜版位置以形成所需图案；曝光结束后选用1～4％naoh溶液进行显影，显影时间为5～10s，选用0.5～2％hcl溶液对显影后的基片进行刻蚀，刻蚀时间为5～15s，刻蚀温度为25℃；利用氮气枪把刻蚀后的基片吹干，再把基片放进烘箱中烘烤5min，烘烤温度为120℃。
步骤(4)制备mo薄膜方法为：
使用直流磁控溅射方法，以99.99％纯度的钼靶为溅射靶材，以氩气溅射气体，溅射前腔体本底真空低于5×10-4pa，以去除腔体内的空气，溅射电流设为0.3a，氩气流量适度以使工作压强在3pa以内，沉积mo薄膜前对钼靶进行5min的预溅射，以去除钼靶表面杂质，提高钼薄膜成膜质量，薄膜溅射时间为3min，衬底温度为25℃。
步骤(5)mo薄膜刻蚀方法为：
匀胶机旋转台转速设置为低速500转/min、5s，高速3000转/min、30s，旋涂完毕后将基片放置于烘箱内烘烤2min，烘箱温度为120℃；待基片冷却后将其置于光刻机平台上，设置曝光时间为5s，并调整掩膜版位置以形成所需图案；曝光结束后选用1～4％naoh溶液进行显影，显影时间为10s；选用8～10％h2o2溶液对显影后的基片进行刻蚀，刻蚀时间为10～25s，刻蚀温度为常温25℃；利用氮气枪把刻蚀后的基片吹干，再把基片放进烘箱中烘烤5min，烘烤温度为120℃，需要注意的是mo薄膜刻蚀的时候不能损坏znon薄膜，所以对刻蚀液的选取有一定的要求。
实施例2
本实施例所述的一种基于mo/znon/mo的msm结构，其结构如实施例1，其制备方案与实施例1的区别在于：
步骤(2)znon薄膜制备方法中，沉积znon薄膜前对锌靶进行2min的预溅射，溅射过程中氩气与氧气的气体流量固定为10sccm和0.1sccm，氮气气体流量设置为10～150sccm。
步骤(3)znon薄膜刻蚀方法中，选用2～3％hcl溶液对显影后的基片进行刻蚀。
步骤(4)制备mo薄膜方法中，沉积mo薄膜前对钼靶进行2min的预溅射，薄膜溅射时间为10min。
步骤(5)mo薄膜刻蚀方法中，选用4～8％h2o2溶液对显影后的基片进行刻蚀。
实施例3
本实施例所述的一种基于mo/znon/mo的msm结构，其结构如实施例1，其制备方案与实施例1的区别在于：
步骤(2)znon薄膜制备方法中，沉积znon薄膜前对锌靶进行10min的预溅射，溅射过程中氩气与氧气的气体流量固定为50sccm和10sccm，氮气气体流量设置为10～150sccm。
步骤(3)znon薄膜刻蚀方法中，选用0.5～2％hcl溶液对显影后的基片进行刻蚀。
步骤(4)制备mo薄膜方法中，沉积mo薄膜前对钼靶进行10min的预溅射，薄膜溅射时间为2min。
步骤(5)mo薄膜刻蚀方法中，选用10～15％h2o2溶液对显影后的基片进行刻蚀。
实施例4
如图2所示的一种基于mo/znon/mo的msm结构，其中200为玻璃衬底，201为mo金属电极层，mo金属电极层包括由mo薄膜刻蚀形成的2个金属电极，202为znon薄膜层；本实施例与实施例1不同的是，在玻璃衬底上先制备的是mo金属电极层，再在mo金属电极层上制备znon薄膜层，形成肖特基接触，该结构同样为平行二极管结构，存在两个背靠背的肖特基二极管。其制备方法包括以下步骤：
(1)玻璃衬底的清洗；
(2)在所述玻璃衬底上制备mo薄膜；
(3)对所制备的mo薄膜进行刻蚀形成两个金属电极；
(4)在所述刻蚀后的mo薄膜上制备znon薄膜；
(5)对所制备的znon薄膜进行刻蚀与mo电极形成接触势垒。
其中，玻璃衬底的清洗方法、mo金属电极层和znon薄膜的制备、刻蚀流程如实施例1所述。
实施例5
如图3、4所示一种基于mo/znon/mo的msm结构，该结构为垂直二极管结构，其中300为玻璃衬底，301为第一层的mo金属电极层，302为znon薄膜，303为第二层的mo金属电极层，znon薄膜位于两个mo金属电极层之间，在垂直方向是二个背靠背肖特基二极管。其制备方法包括以下步骤：
(1)玻璃衬底的清洗；
(2)在所述衬底上制备第一层的mo金属电极层；
(3)在所述第一层的mo金属电极层上制备znon薄膜及刻蚀成形；
(4)在所述znon薄膜上制备第二层的mo金属电极层。
其中，玻璃衬底的清洗方法、mo金属电极层和znon薄膜的制备、刻蚀流程如实施例1所述，本实施例中，znon薄膜是在第一层的mo金属电极层之后制备的，所以第一层的mo金属电极层的刻蚀液不作严格要求。
实施例6
本实施例所述的基于mo/znon/mo的msm结构，其结构如实施例1，其制备方案与实施例1的区别在于：
步骤(2)znon薄膜制备方法中，溅射过程中氩气与氧气的气体流量固定为15sccm和1sccm，氮气气体流量设置为40、60、80、100sccm的4组，对上述4组msm结构进行透射光谱检测，得到实验数据如图5。从图5可以看出，在不同的氧氮流量比条件下(1:40，1:60，1:80，1:100)，znon薄膜均具有感光性，因此，平行结构的mo/znon/mo肖特基二极管可应用于光电探测器件领域且感光区面积易于调整。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。