一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电位移探测器领域，特别是涉及一种基于金属纳米晶改性半导体光电传感器件的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，半导体光电传感器件因制备工艺成熟、造价低廉、且体积小等特点，且比金属纳米薄膜具有更好的抗辐射、防老化性能，在军事、工业检测等领域受到了广泛关注。不同的半导体材料，如Zn0、Cu0及T12等金属氧化物半导体薄膜与Si基底结合，形成半导体-绝缘层-半导体(SIS)结构，可得到诸多光电性能，包括随着激光点位置变化而线性改变的侧向光伏效应，电阻值可以在外场条件下发生高、低阻态切换的电阻开关效应。但在实际应用过程中，氧化物半导体薄膜因在薄膜态下，其具体性能距离实际需要仍旧需要提高。日前，始终缺乏简单行有效且能有效提高相关性能的方法和工艺
在表面拉曼增强的效应研究中，金属颗粒的拉曼增强机制最终归结到表面等离子共振效应上，且不断地被实验和理论证实。表面等离子共振效应是指当金属颗粒的尺寸在纳米级别且距离够靠近时，可将表面的自由电子视为导体表面具有自由活动的电子视等离子体，且被约束到表面的局部位置，局当有合适频率的电磁波作用于其表面时，可产生局域表面等离子体共振现象。在此基础上，对现有的SIS结构进行了设计改进，将金属纳米晶颗粒沉积在半导体基底后再进行半导体氧化物薄膜包袱，得到了性能明显提高的位置灵敏光电探测器件结构原型。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有半导体光电传感器件中普遍存在的灵敏度有限问题，提供一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，引入额外的一层金属纳米晶结构嵌入，从而明显提尚相关结构的光电性能。
[0004]—种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，包括半导体衬底，金属纳米晶颗粒，覆盖在金属纳米晶颗粒上的氧化物半导体衬薄膜及电极，通过以下方式完成:
(1)在经过标准清洗流程的半导体衬底Si片上采用磁控溅射工艺快速沉积均匀分布的非连续金属纳米晶颗粒；
(2)采用原子层沉积方法制备氧化物半导体薄膜进行覆盖；
(3)在半导体氧化物薄膜上制备电极，即获到性能明显提高的光电位移传感器件。
[0005]步骤(I)中金属纳米晶颗粒采用磁控派射工艺的本底真空应在10 5 Pa数量级，派射气压稳定在IPa左右；整溅射功率为25W时时间控制在5-10s。
[0006]步骤(2)中ZnO薄膜的ALD制备工艺，载气流量控制在150-200sccm ;反应温度控制在120-150°C ;脉冲时间按照经验参数分别设定为0.3s，二乙基锌和0.4s，超纯水；沉积循环数目在100-150个范围内。
[0007]基于金属纳米晶改性的半导体光电传感器件应包括:半导体衬底；用于改性的金属纳米晶颗粒，及在金属纳米晶上形成的相关氧化物半导体薄膜，(本发明中以ZnO薄膜为例)；整体如图1所示。
[0008]本发明Si基底采用标砖清洗流程:依次用丙酮和去离子水将Si基底至于超声清洗机中各清洗15min，后在100°C下干燥3h。
[0009]制备金属纳米晶颗粒采用磁控溅射工艺:将磁控溅射腔真空抽至10 5 Pa后，通入氩气调整流量计使溅射气压稳定在IPa左右；通过调整溅射功率和时间控制金属纳米晶颗粒的大小及分布；
制备氧化物半导体薄膜采用原子层沉积工艺进行制备:所用反应源为二乙基锌和超纯水，载气流量控制在150-200sccm;反应温度控制在120-150°C ;脉冲时间按照经验参数进行设定，通过沉积循环数目设定控制氧化物半导体薄膜厚度。
[0010]与现有技术，本发明的有益效果是:
通过嵌入金属纳米晶颗粒层，能有效提高该器件的光电探测灵敏度，且能够维持氧化物半导体的抗辐射老化优势，对提高器件性能及延长使用寿命具有重要意义。
【附图说明】
[0011]图1:本发明设计器件的结构截面示意图；
图2:本发明实施案例1的性能提高对比结果。
【具体实施方式】
[0012]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0013]实施例1:
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的kg靶；抽真空至10 5 Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到
0.7Pa，采用直流溅射，设定功率为25W，溅射时间5s ;结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至120°C ;采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150SCCm，设定循环参数为100 ;(即厚度为20nm)，完成后取出样品即可获得相关器件原型。
[0014]实施例2:
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的kg靶；抽真空至10 5 Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到
0.8Pa，采用直流溅射，设定功率为25W，溅射时间10s ;结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至150°C;采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150SCCm，;设定循环参数为150 (即厚度为30nm)，完成后取出样品即可获得相关器件原型。
[0015]实施例3:
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的Au靶；抽真空至10 5 Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到
0.8Pa，采用直流溅射，设定功率为25W，溅射时间5s ;结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至150°C;采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150SCCm，;设定循环参数为100 (即厚度为20nm)，完成后取出样品即可获得相关器件原型。
[0016]实施例4:
将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的Au靶；抽真空至10 5 Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到0.8Pa，采用直流溅射，设定功率为25W，溅射时间1s ;结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，加热至150°C;采用二乙基锌和超纯水作为反映源，载气流量控制在150SCCm，;设定循环参数为200 (即厚度为40nm)，完成后取出样品即可获得相关器件原型。
[0017]图2为实施例1的性能提高对比图。
【主权项】
1.一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，包括半导体衬底，金属纳米晶颗粒，覆盖在金属纳米晶颗粒上的氧化物半导体衬薄膜及电极，通过以下方式完成: (1)在经过标准清洗流程的半导体衬底Si片上采用磁控溅射工艺快速沉积均匀分布的非连续金属纳米晶颗粒； (2)采用原子层沉积方法制备氧化物半导体薄膜进行覆盖； (3)在半导体氧化物薄膜上制备电极，即获到性能明显提高的光电位移传感器件。2.根据权利要求1所述一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中金属纳米晶颗粒采用磁控溅射工艺的本底真空应在10 5 Pa数量级，溅射气压稳定在IPa左右；整溅射功率为25W时时间控制在5-lOs。3.根据权利要求1所述一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中ZnO薄膜的ALD制备工艺，载气流量控制在150-200sCCm ;反应温度控制在120-150°C ;脉冲时间按照经验参数分别设定为0.3s，二乙基锌和0.4s，超纯水；沉积循环数目在100-150个范围内。
【专利摘要】本发明涉及了一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法；具体涉及到将Si基片用丙酮、去离子水在超声波清洗器中洗净并干燥后，放入磁控溅射腔，装上纯度大于99.99的金属靶；抽真空至10-5？Pa后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到1Pa左右，采用直流溅射，设定功率为25W,溅射时间5-18s；结束后将样品取出，放入原子层沉积系腔内，沉积20-30nm厚度的ZnO薄膜；完成后取出样品即可获得相关器件原型。通过嵌入金属纳米晶颗粒层，能有效提高该器件的光电探测灵敏度，且能够维持氧化物半导体的抗辐射老化优势，对提高器件性能及延长使用寿命具有重要意义。
【IPC分类】H01L31/18, G01B11/02
【公开号】CN105355715
【申请号】CN201510787568
【发明人】何丹农, 卢静, 李争, 张彦鹏, 尹桂林
【申请人】上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月17日