一种硅基铁电异质结光电探测器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种硅基铁电异质结光电探测器及其制备方法和应用，属于信息技术领域；本发明专利技术通过在Si硅衬底表面上制备铁电薄膜材料，然后在Si硅衬底和铁电薄膜材料上沉积薄金属电极来构建硅基铁电异质结光电探测器；所述硅基铁电异质结光电探测器能够实现紫外

【技术实现步骤摘要】
一种硅基铁电异质结光电探测器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于信息
，具体涉及一种硅基铁电异质结光电探测器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]半导体光电探测器是一种把光信号转换成电信号的光电子器件，其广泛应用于光通信、成像、传感等领域。目前，光电探测器主要包括金属/半导体/金属、半导体同质pn结或异质pn结等结构，通过界面电场光伏效应，实现单波段窄光谱或宽光谱、双波段宽光谱光探测的目的。
[0003]虽然宽光谱和波长可选择光电探测器可以有选择性地探测光谱信号，极大地拓展了器件的功能。但是，由于内建电场形成规律的制约，光电探测器中宽光谱和双波段波长可选择的光探测难以兼得。尽管利用带通滤光片技术可以实现宽光谱和波长可选择光探测，但这大幅增加了器件的尺寸和制备成本，限制了它们的应用。
[0004]针对上述问题，研究人员提出通过入射光波长诱导光电流方向翻转的策略，构建了热电异质结光电探测器和电化学电池两类器件，实现了紫外
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可见
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红外宽光谱和波长可选择光探测的结果。但这两类器件均易受环境(如高温)影响，存在一定的局限性，从而限制了它们的应用。因此，开发一种结构简单、性能稳定的宽光谱和波长可选择光电探测器对于发展新型多功能光电子器件具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种硅基铁电异质结光电探测器及其制备方法和应用；本专利技术通过在Si硅衬底表面上制备铁电薄膜材料，然后在Si硅衬底和铁电薄膜材料上沉积薄金属电极来构建硅基铁电异质结光电探测器；所述硅基铁电异质结光电探测器能够实现紫外
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可见
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近红外宽光谱和波长可选择光探测的目的，其在300
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900nm宽光谱和300
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340nm紫外/380
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900nm可见光
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近红外波长下均可进行可选择光探测，具有很强的工业实用性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术手段：
[0007]本专利技术首先提供一种硅基铁电异质结光电探测器，所述硅基铁电异质结光电探测器包括Si衬底和Si衬底表面上生长的PbZr
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Ti1‑
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O3铁电薄膜，所述Si衬底和PbZr
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Ti1‑
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O3铁电薄膜的表面沉积有薄金属电极；其中0<x<1。
[0008]优选地，所述Si衬底为n或p型Si。
[0009]优选地，所述PbZr
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Ti1‑
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O3铁电薄膜的厚度为10～1000nm。
[0010]优选地，所述薄金属电极包括钛、金、钼、钨或银中的一种或多种。
[0011]优选地，所述薄金属电极的沉积厚度为10～40nm。
[0012]优选地，所述薄金属电极的形状为圆形或正方形，面积为0.01～0.15mm2。
[0013]本专利技术还提供了上述硅基铁电异质结光电探测器的制备方法，具体包括如下步
骤：
[0014]在清洗干净的Si衬底表面生长PbZr
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O3铁电薄膜，然后将部分PbZr
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Ti1‑
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O3铁电薄膜刻蚀裸露出Si衬底，分别在Si衬底和PbZr
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Ti1‑
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O3铁电薄膜表面沉积薄金属电极，得到所述硅基铁电异质结光电探测器。
[0015]优选地，所述Si衬底的清洗步骤包括：
[0016](1)依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对硅片进行超声清洗，去除硅片表面油污等污渍，然后使用氮气干燥处理；
[0017](2)将硅片放置在氢氟酸中浸泡，去除硅表面自然氧化层；
[0018](3)依次使用乙醇和去离子水对硅片进行清洗，去除硅片表面氢氟酸杂质，然后使用氮气干燥处理，得到清洗干净的硅片。
[0019]优选地，在Si衬底表面上通过磁控溅射法生长PbZr
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O3铁电薄膜；
[0020]所述磁控溅射法生长PbZr
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O3铁电薄膜的步骤如下：
[0021](1)将PbZr
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O3靶材和清洗干净的Si衬底放置在磁控溅射生长室中，并将生长室真空抽至10
‑4Pa以下；
[0022](2)在上述真空环境下对Si衬底进行退火处理，退火温度为300～400℃，退火时间为10～30分钟；
[0023](3)PbZr
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O3靶材预溅射处理：缓慢通入Ar并调节生长室压力，打开溅射电源，在低功率下溅射PbZr
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O3靶材，去除PbZr
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O3靶材表面的污渍；所述预溅射功率为20～100W，预溅射时间为10～30分钟；
[0024](4)溅射生长PbZr
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O3铁电薄膜：PbZr
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O3靶材预溅射处理后关闭溅射电源，然后缓慢通入O2并调节生长室压力，打开溅射电源并设定功率值，打开Si衬底表面处挡板进行PbZr
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O3铁电薄膜的生长，生长结束后关闭Si衬底表面处挡板，关闭溅射电源，关闭衬底加热电源，衬底自然降至室温。
[0025]其中，PbZr
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O3铁电薄膜生长时，Si衬底温度为400～650℃，溅射功率为50～200W，Ar/O2比为10:1～5:1，生长室压力为0.1～5Pa，生长时间为30～300分钟。
[0026]优选地，采用热蒸发法或电子束蒸镀法在Si衬底和PbZr
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O3铁电薄膜表面镀上薄金属电极。
[0027]优选地，薄金属电极的生长速度为金属电极的厚度为10～40nm。
[0028]本专利技术还提供了上述硅基铁电异质结光电探测器在300
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900nm宽光谱、300
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340nm紫外或380
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900nm可见光
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近红外波长下可选择光探测中的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0030]本专利技术通过在Si硅衬底表面上制备铁电薄膜材料，然后在Si硅衬底和铁电薄膜材料上沉积薄金属电极来构建硅基铁电异质结光电探测器；所述硅基铁电异质结光电探测器利用铁电薄膜PbZr
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O3退极化场和PbZr
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基铁电异质结光电探测器，其特征在于，所述硅基铁电异质结光电探测器包括Si衬底和Si衬底表面上生长的PbZr
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O3铁电薄膜，所述Si衬底和PbZr
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O3铁电薄膜的表面沉积有薄金属电极；其中0<x<1。2.根据权利要求1所述的硅基铁电异质结光电探测器，其特征在于，所述Si衬底为n或p型Si。3.根据权利要求1所述的硅基铁电异质结光电探测器，其特征在于，所述PbZr
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O3铁电薄膜的厚度为10～1000nm。4.根据权利要求1所述的硅基铁电异质结光电探测器，其特征在于，所述薄金属电极包括钛、金、钼、钨或银中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的硅基铁电异质结光电探测器，其特征在于，所述薄金属电极的沉积厚度为10～40nm；所述薄金属电极的形状为圆形或正方形，面积为0.01～0.15mm2。6.权利要求1～5任一项所述硅基铁电异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，具体包括：在清洗干净的Si衬底表面生长PbZr
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O3铁电薄膜，然后将部分PbZr
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O3铁电薄膜刻蚀裸露出Si衬底，分别在Si衬底和PbZr
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O3铁电薄膜表面沉积薄金属电极，得到所述硅基铁电异质结光电探测器。7.根据权利要求6所述硅基铁电异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，在Si衬底表面上通过磁控溅射法生长PbZr
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O3铁电薄膜；所述磁控溅射法生长PbZr
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O3铁电薄膜的步骤如下：(1)将PbZr
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O3靶材和清洗干净的Si衬底放置在磁控溅射生长室中，并将生长室真空抽至10

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思怡，陈明明，朱高雅，陈思学，程培宇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：