自供电光电探测器的制备方法、自供电光电探测器及应用

摘要

本发明公开了一种自供电光电探测器的制备方法、自供电光电探测器及应用，所述制备方法包括，将带有Ga

说明书

技术领域

本发明涉及深紫外光电探测器件技术领域，特别涉及一种自供电光电探测器的制备方法、自供电光电探测器及应用。

背景技术

光电探测器的应用越来越受到人们的关注，其中深紫外探测对火灾预警、导弹制导和人体免疫系统具有重要意义。对于深紫外光，即UVC波段(波长200～280nm)，所用半导体对应的光带隙(E

为了提升光电探测器的自供电能力，经常在器件中引入了能带来显著光伏效应的铁酸铋薄膜。光伏效应是指光在不均匀的带隙和半导体之间的界面之间引起电位差的现象。光电探测器的运行总是需要外部电源，异质结可以通过形成内置电场来满足器件自供电运行的要求，从而减少对外部电源的需求，达到节能的效果。

铁酸铋薄膜的常见制备方法包括：磁控溅射法、脉冲激光沉积、旋涂法等。磁控溅射法、脉冲激光沉积法目前存在依赖大型薄膜生长设备和制备过程复杂繁琐等问题；旋涂法相对于其它方法容易实现，但是制备的铁酸铋薄膜的厚度与均匀性较难调控。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种较为简便且能有效降低成本的制备工艺和手段，制备一种能够应用于深紫外传感的自供电光电探测器。这种光电探测器对254nm的深紫外光敏感，能够迅速将深紫外光的光信号转化成较大的电信号。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自供电光电探测器的制备方法，包括。

将带有Ga

在剩余区域的Ga

其中，所述旋涂为先以低转速旋涂随后高转速旋涂，且低转速旋涂时间低于高转速旋涂。

进一步地，所述旋涂具体为，

先以转速为300～600rpm持续3～10s，随后将转速提升至3000～5000rpm持续30～60s；

所述BiFeO

为了得到一定厚度的BiFeO

在本发明的实施例方式中，为了得到合适的器件结构，保证剩余区域不带有任何铋铁前驱液，可以使用胶带覆盖剩余区域。

进一步地，所述带有Ga

采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)生长Ga

进一步地，所述涂铋铁前驱液由含铋溶液和含铁溶液混合而成，铋和铁的摩尔比为1.05～1.1：1；

所述含铋溶液由硝酸铋溶于乙酸得到；

所述含铁溶液由乙酰丙酮铁溶于乙二醇甲醚得到。

在本发明的实施例方式中，为了保证含铋溶液和含铁溶液的均匀性，两种溶液都需要搅拌3～5小时。此外，含铋溶液和含铁溶液混合后也要搅拌3～5小时。由于在退火过程中铋的损失，在乙酸中添加硝酸铋时，应使硝酸铋至少过量5％～10％。

进一步地，所述部分区域占带有Ga

进一步地，所述热处理包括干燥和退火；

所述干燥在200～300℃保持10～20min；

所述退火在500～600℃保持1～2h。

进一步地，采用磁控溅射法在剩余区域的Ga

进一步地，所述点电极为Ti/Au电极，Ti/Au电极由Ti薄膜和Au薄膜构成；

Ti薄膜在剩余区域的Ga

Au薄膜在Ti薄膜表面，Au薄膜厚度为40～100nm。

在本发明的实施例方式中，为了实现良好的欧姆接触，选择在制备Ti/Au电极时，利用Cr掩膜版完成点电极形状的制备。

本发明也提供了一种自供电光电探测器，上述的制备方法制备而成。

本发明也提供了上述的自供电光电探测器在深紫外光探测的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

本发明使用旋涂法在Ga

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例1制备的待溅射基板的扫描电镜图；

图2示出了本发明实施例2制备的待溅射基板的扫描电镜图；

图3示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器与检测设备连接的示意图和对比例制备的光电探测器与检测设备连接的示意图；

图4示出了本发明对比例制备的Ti/Au-Ga

图5示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在有254nm紫外光照和无光照下的电流-电压测试结果；

图6示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下的电流-电压测试结果；

图7示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下的电流-电压测试结果；

图8示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下无偏置(电压＝0V)电流-时间测试结果；

图9示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在极微弱光照强度(1μW·cm

图10示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下无偏置(电压＝0V)的光电流大小和光暗电流比大小；

图11示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下有偏置(电压＝5V)和无偏置(电压＝0V)的响应度大小；

图12示出了本发明实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下无偏置(电压＝0V)的探测率(η)大小和外部量子效率大小；

具体实施方式

在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。

下面将结合本发明具体实施例和说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种自供电光电探测器的制备方法，步骤如下：

步骤1、制备带有Ga

步骤2、制备BiFeO

步骤3、点电极制备：将待溅射基板转移至磁控溅射设备，用Cr掩膜版覆盖待溅射基板表面，采用磁控溅射的方法，设置功率为72W、温度为20℃、腔内气压为1.6Pa在Ga

经过步骤1～3制备得到自供电光电探测器。

实施例2

一种自供电光电探测器的制备方法，步骤如下：

步骤1、制备带有Ga

步骤2、制备BiFeO

步骤3、点电极制备：将待溅射基板转移至磁控溅射设备，用Cr掩膜版覆盖待溅射基板表面，采用磁控溅射的方法，设置功率为75W、温度为20℃、腔内气压为2Pa在Ga

经过步骤1～3制备得到自供电光电探测器。

对比例1

与实施例1基本相同，唯一区别之处在于：不进行步骤2，将Ti/Au点电极直接沉积在Ga

测试例

使用吉时利4200半导体分析仪对实施例1制备的自供电光电探测器进行测试，制备的自供电光电探测器进行测试时与测试设备通过探针连接，如图3所示。由于所制备的光电探测器未来主要将应用其自供电性能进行工作，因此在测试需要外部偏置时仅采用了-5V到5V的较小电压进行测试。在进行有无紫外光照的对比测试时，选择的254nm紫外光光照强度为300μW·cm

评估光电探测器性能的重要指标及部分性能计算公式：

暗电流(I

光电流(I

开路电压(V

短路电流(I

光暗电流比(PDCR)：

上升/衰减时间(τ

响应度(R)：

探测率(D*)：

外部量子效率(EQE)：

对比了对比例和实施例1在有无紫外光照下的测试结果，分别如图4和图5所示。可以看出对比例1制备的光电探测器在无光照时表现出较低的暗电流(I

在254nm紫外光下进行了偏置电流-电压测试，偏置范围为-5V到5V，结果如图6所示。可以看出在不同的偏置和254nm紫外光光照强度下，器件均能稳定运行。随着光照强度的逐渐增大，光电流逐渐增大。

图7显示了实施例1制备的自供电光电探测器的开路电压和短路电流性能。可以得到自供电光电探测器的开路电压(V

将实施例1制备的自供电光电探测器在254nm紫外光下进行了无偏置电流-时间测试，结果如图8所示。可以看出自供电光电探测器在无需外部偏置的情况下能够连续稳定运行并具有快速响应能力，上升/衰减时间(τ

图9显示了实施例1制备的自供电光电探测器在自供电运行下探测微弱254nm紫外光的能力。可以看出在1μW·cm

图10显示了实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下无偏置(电压＝0V)的光电流大小和光暗电流比(PDCR)大小。高光电流和高光暗电流比(1.66×10

图11显示了实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下有偏置(电压＝5V)和无偏置(电压＝0V)的响应度大小。该自供电光电探测器的无偏置响应度大小为0.75mA/W，已报道的同类自供电光电探测器的响应度范围约在0.5～1mA/W，本发明制备的自供电光电探测器处于同类器件领先水平。在连接外部电源(5V)时，该自供电光电探测器具有更高的响应度。

图12显示了实施例1制备的自供电光电探测器在不同光照强度的254nm紫外光下无偏置(电压＝0V)的探测率(D*)大小和外部量子效率(EQE)大小。该自供电光电探测器的探测率为1.45×10

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。