ZnO/纳米晶金刚石薄膜异质结光电探测器的制备方法

摘要

本发明涉及一种基于ZnO/纳米晶金刚石薄膜异质结光电探测器的制备方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。本发明主要特点在于采用高导电率的氢终端纳米金刚石薄膜作为p型层，并在此层上制备高质量的n型ZnO薄膜，从而得到ZnO/纳米晶金刚石异质结光电探测器件。本发明所得器件对350nm的紫外光具有明显的光电响应。相对于一般的ZnO/金刚石探测器，具有更好的pn结光电响应特性。

主权项

一种ZnO/纳米晶金刚石薄膜异质结光电探测器的制备方法，其特征在于具有以下制备过程和步骤：一、硅衬底上氢终端纳米晶金刚石薄膜的制备（1）纳米晶金刚石薄膜制备过程：采用（100）镜面抛光硅片作为沉积衬底；采用氢氟酸（HF）超声清洗5 15分钟，以去除表面的氧化硅层；为了增加金刚石薄膜的成核密度，使用100nm粒径的金刚石粉末对硅衬底机械研磨10 15分钟；将研磨后的硅片放在混有100nm金刚石粉的丙酮溶液中超声清洗10 20分钟；最后再将硅片用去离子水和丙酮分别超声清洗，直至硅片表面洁净，烘干后放入热丝辅助化学化学气相沉积（HFCVD）装置的反应室内；用真空泵对HFCVD反应室抽真空至5 7Pa，通入丙酮、氢气的混合反应气体，调节丙酮、氢气的流量分别为40 50标准毫升/分、160 180标准毫升/分；反应室的气压设定为0.8 1.5kPa，衬底温度控制在650 750℃，热丝电压设定10 14V，在热丝与衬底间加载负偏压，偏压电流2 3A，薄膜生长时间3 4小时；在硅衬底上制得纳米金刚石薄膜；（2）氢处理：将上述制备的纳米晶金刚石薄膜放入微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）装置的反应室内，用真空泵对MPCVD反应室抽真空至5 7Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10 2Pa以下，通入氢气，调节氢气的流量为100 160标准毫升/分；反应室的气压设定为2 3kPa，衬底温度控制在350 450℃，微波功率设定为1800 2400W，表面处理时间0.5 1小时；最终在硅衬底上制得氢终端纳米金刚石薄膜；二、掺铝 ZnO薄膜的制备：采用射频反应磁控溅射法在p型纳米晶金刚石薄膜上制备掺铝ZnO薄膜；靶材为掺铝的高纯ZnO陶瓷靶；沉积过程中，工作气体是Ar气；Ar流量为7 10标准毫升/分，工作气压0.2 0.7Pa；溅射功率100 250W；三、电极制备：采用Ti/Au双层电极结构；分别在p型纳米晶金刚石薄膜和n型掺铝氧化锌薄膜上沉积Ti/Au双层电极；采用高纯度金属Ti（99.99%）靶，使用直流磁控溅射方法溅射金属Ti，系统的本底真空2×10 4 5×10 4Pa；通入Ar气, 调节流量为10 15标准毫升/分；气压在0.3 0.8Pa；溅射功率为100 200W；溅射时间为12 15分钟；Au采用离子溅射方法，采用Au靶，在Ti层上制备金属膜Au；溅射过程中，工作气压为0.75 0.85Pa，离子流1.8 2mA，溅射时间为12 15分钟；采用快速退火工艺，进行电极退火；退火温度为350 450℃，时间为10 20分钟；最终制得ZnO/纳米金刚石薄膜异质结光电探测器元件。