薄膜晶体管结构可见盲光电探测器及其制备方法技术

本申请公开了一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其包括薄膜晶体管，薄膜晶体管包括栅极、半导体沟道以及位于栅极和半导体沟道层之间的栅介质层；薄膜晶体管结构可见盲光电探测器还包括一层透明的互补型半导体薄膜和透明的金属氧化物薄膜，该互补型半导体薄膜位于半导体沟道层的远离栅介质层一侧，该互补型半导体薄膜适于与半导体沟道层形成pn结，金属氧化物薄膜设置在半导体沟道层和互补型半导体薄膜之间。本申请还公开了一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器的制备方法。互补型半导体薄膜与半导体沟道层形成的pn结能够产生内建电场来阻碍光生电子和光生空穴的重组，延长了光生载流子的寿命，使得紫外可见光抑制比增大。

Thin film transistor structure visible blind photoelectric detector and preparation method thereof

The invention discloses a thin film transistor structure photodetectors, which includes a thin film transistor, thin film transistor includes a gate electrode, a semiconductor channel and the gate dielectric layer between the gate and semiconductor channel layer; thin film transistor structure photodetectors includes complementary type semiconductor film and a layer of transparent metal oxide transparent thin film from the side of the gate dielectric layer, complementary type semiconductor film in the semiconductor channel layer, the complementary semiconductor film for forming a PN junction layer and semiconductor trench, metal oxide film is arranged between the semiconductor channel layer and complementary semiconductor thin films. The invention also discloses a thin film transistor structure and a method for preparing a visible blind photoelectric detector. Complementary semiconductor film and semiconductor channel layer formed by PN node can produce the built-in electric field to block the photogenerated electrons and holes recombination, prolong the lifetime of photo carriers, the UV visible rejection ratio.

【技术实现步骤摘要】
薄膜晶体管结构可见盲光电探测器及其制备方法
本申请涉及一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器及其制备方法，属于半导体光电检测

技术介绍
紫外探测技术是继红外探测技术之后发展起来的一项新型探测技术，广泛应用于军事、医学、生物、食品安全等领域。紫外探测技术的关键是制备高灵敏度，低噪声，功耗小的紫外光电探测器。目前逐渐投入军事应用和商业化的紫外光电探测器件有紫外光电倍增管、紫外增强器和固体紫外探测器。固体紫外探测器一直是各国研究的热点。固体紫外探测器是一种新型的紫外探测器件，主要包括紫外雪崩二极管、砷化镓紫外探测器和基于宽禁带半导体的紫外光电探测器。传统的固体紫外探测器都是两端器件，如光电导型、光电二极管型、采用M-S-M型、p-i-n型等结构。传统的固体紫外探测器具有响应速度快、低噪声、灵敏度高等优点，但是也存在功耗高、兼容性差，体积笨重等不足。此外，三端器件如薄膜晶体管型紫外光电探测器兼容性较好，易于大面积电路集成，且随着柔性电子器件的不断发展，更加扩宽了光电晶体管的应用范围，如电子皮肤、可穿戴式光电探测器等。当前光响应度大，灵敏度高的薄膜晶体管型紫外光电探测器已经见诸报道，但是依然存在紫外可见光抑制比小，制备成本高，工艺复杂等问题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，该薄膜晶体管结构可见盲光电探测器具有制备工艺简单、紫外可见光抑制比大的优点。所述薄膜晶体管结构可见盲光电探测器包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体沟道层、位于所述栅极和所述半导体沟道层之间的栅介质层，所述薄膜晶体管结构可见盲光电探测器的特征在于，还包括透明的互补型半导体薄膜，所述互补型半导体薄膜位于所述半导体沟道层的远离所述栅介质层一侧，所述互补型半导体薄膜适于与所述半导体沟道层形成pn结；和透明的金属氧化物薄膜，所述金属氧化物薄膜设置在所述半导体沟道层和所述互补型半导体薄膜之间。优选地，所述半导体沟道层的材料是铟镓锌氧化物，所述互补型半导体薄膜是p型半导体薄膜。优选地，所述互补型半导体薄膜由高分子材料制成。优选地，所述互补型半导体薄膜的厚度为30～50nm。优选地，所述半导体沟道层的厚度为40～60nm。优选地，所述半导体沟道层的宽长比是800um:200um。优选地，所述金属氧化物薄膜是氧化亚锡薄膜、氧化镍薄膜或氧化铝薄膜。优选地，所述金属氧化物薄膜的厚度为10nm以下。根据本申请的又一个方面，提供了一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器的制备方法，其包括：形成薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体沟道层以及位于所述栅极和所述半导体沟道层之间的栅介质层，该制备方法的特征在于，还包括：采用旋涂法和光刻法在所述半导体沟道层的远离所述栅介质层一侧形成互补型半导体薄膜，其中，所述互补型半导体薄膜适于与所述半导体沟道层形成pn结。优选地，所述制备方法包括：利用匀胶机在基板上旋涂光刻胶，烘烤光刻胶3～10min；通过曝光显影在所述光刻胶上形成所述互补型半导体薄膜的图案；利用匀胶机将半导体溶液旋涂到所述互补型半导体薄膜的图案中；将旋涂半导体溶液后的基板在丙酮中超声清洗5～10min；将超声清洗后的基板进行退火。相对于传统的可见盲光电探测器，本申请将三端器件薄膜晶体管与两端器件pn结巧妙地耦合在一起。在薄膜晶体管中，由于半导体沟道层能够吸收紫外光产生大量的光生电子和光生空穴，但是光生电子和光生空穴会发生重组。然而，根据本申请的技术方案，互补型半导体薄膜与所述半导体沟道层形成的pn结能够产生内建电场来阻碍光生电子和光生空穴的重组，从而延长了光生载流子的寿命，增强了光电响应，使得紫外可见光抑制比大。此外，本申请采用匀胶机旋涂半导体溶液来形成互补型半导体薄膜，不需要进行磁控溅射，制备工艺简单。附图说明图1为根据本申请一实施例的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器的结构示意图；图2为根据本申请一实施例的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器的制备流程图，其中，图2(a)为制备的薄膜晶体管的结构图，图2(b)为半导体沟道层表面修饰金属氧化物层的结构示意图，图2(c)为半导体沟道层表面修饰p型材料层的结构示意图；图3为对比例一的薄膜晶体管在暗光、可见光和紫外光照条件下转移曲线的变化示意图；图4为实施例一的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器在暗光、可见光和紫外光照条件下转移曲线的变化示意图；图5为实施例二的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器在暗光、可见光和紫外光照条件下转移曲线的变化示意图；图6为对比例二的薄膜晶体管在暗光、可见光和紫外光照条件下转移曲线的变化示意图；图7为实施例三的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器在暗光、可见光和紫外光照条件下转移曲线的变化示意图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。图1为根据本申请一实施例的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器的结构示意图。该薄膜晶体管结构可见盲光电探测器将三端器件薄膜晶体管和两端器件pn结有效地耦合在一起。其中，薄膜晶体管结构可见盲光电探测器包括栅电极1、位于栅电极1表面的栅介质层2、位于栅介质层2表面的半导体沟道层3、分别位于半导体沟道层3表面左右两侧的源极4和漏极5、位于源电极4和漏电极5表面以及半导体沟道层3表面的透明金属氧化物层6、以及p型的透明高分子半导体薄膜7。本申请这一实施例相对于原始的薄膜晶体管来说，在其晶体管半导体沟道层表面修饰了一层厚度为10nm以下的透明金属氧化层，在本实施例中透明金属氧化层优选的材料是氧化亚锡。设置透明金属氧化层的原因在于，退火态的薄膜晶体管半导体沟道层表面态减少，与p型材料难以形成pn结，故在薄膜晶体管半导体沟道层表面沉积一层厚度为10nm以下的氧化亚锡来改善半导体沟道层的表面态。一方面，氧化亚锡可以吸附空气和沟道层中的氧变成二氧化锡，增加了半导体沟道层的氧空位，提高了载流子浓度，“活化”了半导体沟道层，进一步地，半导体沟道层内的电子可以通过隧穿效应穿过氧化亚锡层，使得半导体沟道层较容易与p型材料形成pn结；另一方面，氧化亚锡层可以适当隔绝空气中的水分和氧气，提高了薄膜晶体管的稳定性。本申请的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器制备的核心在于半导体沟道层表面修饰一层p性材料，n型半导体沟道与p型材料形成pn结，在紫外光作用下，由于内建电场的作用使得光生电子与光生空穴不易发生重组，延长了光生载流子的寿命，增加了大量的光生载流子，产生更强的电学信号，增强了光电效应，进而达到光电探测的目的。优选地，本申请选用的p型材料是高分子半导体材料PEDOT:PSS。PEDOT:PSS是一种性能较稳定，成膜性较好，能带隙较宽的p型高分子薄膜。本申请采用匀胶机将p型高分子薄膜材料均匀旋涂到修饰了氧化亚锡薄膜后的半导体沟道层表面，相对于p型无机材料来说具有制备工艺简单(无机材料成膜通常采用磁控溅射法)，生产成本低，易于成膜，且重复性好等优点。本申请的薄膜晶体管可见盲光电探测器巧妙地将晶体管三端器件和pn结两端器件耦合在一起，不仅具备两端器件的优点，而且基于薄膜晶体管结构的可见盲光电探测器易于集成，兼容性要远远优于传统的光电探测器。优选地，根据本申请该实施例的薄膜晶体管采用铟镓锌氧化物薄膜晶体管。铟镓锌氧化物薄膜晶体管性能优越，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体沟道层以及位于所述栅极和所述半导体沟道层之间的栅介质层，其特征在于，还包括：透明的互补型半导体薄膜，所述互补型半导体薄膜位于所述半导体沟道层的远离所述栅介质层一侧，所述互补型半导体薄膜适于与所述半导体沟道层形成pn结；和透明的金属氧化物薄膜，所述金属氧化物薄膜设置在所述半导体沟道层和所述互补型半导体薄膜之间。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、半导体沟道层以及位于所述栅极和所述半导体沟道层之间的栅介质层，其特征在于，还包括：透明的互补型半导体薄膜，所述互补型半导体薄膜位于所述半导体沟道层的远离所述栅介质层一侧，所述互补型半导体薄膜适于与所述半导体沟道层形成pn结；和透明的金属氧化物薄膜，所述金属氧化物薄膜设置在所述半导体沟道层和所述互补型半导体薄膜之间。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其特征在于，所述半导体沟道层的材料是铟镓锌氧化物，所述互补型半导体薄膜是p型半导体薄膜。3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其特征在于，所述互补型半导体薄膜由高分子材料制成。4.根据权利要求2所述的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其特征在于，所述互补型半导体薄膜的厚度为30～50nm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管结构可见盲光电探测器，其特征在于，所述半导体沟道层的厚度为40～60nm。6.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管结构可见盲光电探...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鸿涛，余静静，梁凌燕，张莉莉，吴卫华，梁玉，宋安然，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33