本發(fā)明屬于涉及半導(dǎo)體光電探測器，尤其涉及一種自驅(qū)動紫外探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、紫外探測器被廣泛的應(yīng)用于天文學(xué)、燃燒工程、水凈化處理、火焰探測、生物效應(yīng)、天際通信以及環(huán)境污染監(jiān)測等領(lǐng)域。截至目前，光電倍增管和si基紫外增強型雪崩探測器長期占據(jù)著紫外探測器市場的主體，它們工藝成熟，且性能相對優(yōu)異。但是，光電倍增管通常需要極高的工作電壓，并且體積巨大，易受磁場干擾，而si基紫外增強型雪崩探測器由于對可見光有響應(yīng)，因此作為紫外探測器工作時需要加上昂貴的濾光片以消除該影響，且通常要在低溫環(huán)境下工作才可獲得高的靈敏度。

2、目前對低能耗、高響應(yīng)速度的紫外光電探測器的需求越來越迫切。在此背景下，無需外置電源即可工作的自驅(qū)動光電探測器已成為一個重要的研究與開發(fā)方向。利用pn（或pin）結(jié)或肖特基結(jié)形成的內(nèi)建電場分離光生電子-空穴對是實現(xiàn)自驅(qū)動光電探測的最常用的方式。但這些方法仍然面臨制備困難，性能不佳等問題。

3、近年來，鐵電材料，如鈦酸鋇(batio3)、鈦酸鍶(srtio3)等，因其獨特的鐵電自發(fā)極化特性在光電轉(zhuǎn)換和光伏技術(shù)領(lǐng)域越來越多地受到研究者關(guān)注，將鐵電材料及其自發(fā)極化效應(yīng)引入到寬禁帶半導(dǎo)體肖特基結(jié)自驅(qū)動紫外探測器中無疑可增強內(nèi)建電場，進而提高器件的光電性能；但是單純使用鐵電材料，得到的器件性能很差，響應(yīng)度很低；而目前在鐵電材料上生長對于紫外光有高響應(yīng)的材料，存在難以獲得高質(zhì)量材料的問題，器件性能也較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種自驅(qū)動紫外探測器及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的自驅(qū)動紫外探測器響應(yīng)度低、性能差的技術(shù)問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種自驅(qū)動紫外探測器，所述自驅(qū)動紫外探測器從底部至頂部依次包括襯底、batio3層以及zno層；所述batio3層設(shè)有第一電極，所述zno層設(shè)有第二電極；所述zno層包括若干個圓柱陣列排列的zno圓柱，每個所述zno圓柱上分別獨立設(shè)有所述第二電極；

4、所述第一電極為al，所述第二電極為au或者pt。

5、進一步的，所述襯底為藍寶石或si；所述第一電極的厚度大于20nm，小于100nm；所述第二電極的厚度大于20nm，小于100nm。

6、進一步的，所述第二電極為圓形結(jié)構(gòu)，格柵結(jié)構(gòu)，或者單叉指結(jié)構(gòu)。

7、進一步的，所述zno圓柱的直徑范圍為0.1mm～5mm；所述zno圓柱的厚度范圍為100nm～500nm。

8、進一步的，所述第一電極與每個所述第二電極之間的間距均為2μm～5μm。

9、本發(fā)明還提供一種所述的自驅(qū)動紫外探測器的制備方法，所述自驅(qū)動紫外探測器的制備方法包括步驟：

10、s1.將所述襯底放入磁控濺射設(shè)備中，使用batio3陶瓷靶在420℃～650℃溫度下進行射頻磁控濺射；射頻磁控濺射的生長時間為0.5h～3h；在700℃～900℃溫度下進行后退火；所述后退火的時間為10min～1h；

11、s2.將生長好batio3層的襯底清洗后放入分子束外延設(shè)備中，生長zno薄膜；

12、s3.通過光刻和刻蝕將所述zno薄膜刻蝕為若干個zno圓柱；

13、s4.在所述batio3層表面制備所述第一電極，在所述zno圓柱表面制備所述第二電極，得到所述自驅(qū)動紫外探測器。

14、進一步的，所述襯底先使用三氯乙烯，丙酮，乙醇分別清洗，再使用氮氣吹干；所述生長好batio3層的襯底清洗包括使用氧等離子體清洗，清洗的功率為60w～100w，清洗的時間為1min～20min；所述刻蝕的刻蝕試劑為濃度為0.01mol/l～0.1mol/l的鹽酸。

15、進一步的，所述射頻磁控濺射過程中的工作氣體為氬氣，所述氬氣的流量為5sccm～30sccm；濺射壓力為0.5pa～1pa，濺射功率為55w～80w。

16、進一步的，所述生長zno薄膜的過程包括：

17、s21.控制所述襯底的溫度為750℃～850℃，鎂源溫度為400℃～600℃，氧氣流量為0.3sccm～2sccm，射頻功率為200w～300w，生長時間為5min～30min，生長mgo緩沖層；

18、s22.控制所述襯底的溫度為880℃～980℃，鋅源溫度為400℃～600℃，氧氣流量為0.3sccm～2sccm，射頻功率為200w～300w，生長時間為2h～5h，生長zno薄膜。

19、進一步的，通過控制所述后退火的條件來控制batio3層的擇優(yōu)取向，所述擇優(yōu)取向包括無取向，（111）取向，（001）取向。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

21、本發(fā)明提供的自驅(qū)動紫外探測器可以在0?v偏壓下工作，即自驅(qū)動工作模式；也可以在其他非零偏壓下工作，偏壓范圍為-50v～50v；而且在0?v工作條件下可以獲得高的響應(yīng)度。

技術(shù)特征：

1.一種自驅(qū)動紫外探測器，其特征在于：所述自驅(qū)動紫外探測器從底部至頂部依次包括襯底、batio3層以及zno層；所述batio3層設(shè)有第一電極，所述zno層設(shè)有第二電極；所述zno層包括若干個圓柱陣列排列的zno圓柱，每個所述zno圓柱上分別獨立設(shè)有所述第二電極；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動紫外探測器，其特征在于：所述襯底為藍寶石或si；所述第一電極的厚度大于20nm，小于100nm；所述第二電極的厚度大于20nm，小于100nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動紫外探測器，其特征在于：所述第二電極為圓形結(jié)構(gòu)，格柵結(jié)構(gòu)，或者單叉指結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動紫外探測器，其特征在于：所述zno圓柱的直徑范圍為0.1mm～5mm；所述zno圓柱的厚度范圍為100nm～500nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動紫外探測器，其特征在于：所述第一電極與每個所述第二電極之間的間距均為2μm～5μm。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項所述的自驅(qū)動紫外探測器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動紫外探測器的制備方法，其特征在于：所述襯底先使用三氯乙烯，丙酮，乙醇分別清洗，再使用氮氣吹干；所述生長好batio3層的襯底清洗包括使用氧等離子體清洗，清洗的功率為60w～100w，清洗的時間為1min～20min；所述刻蝕的刻蝕試劑為濃度為0.01mol/l～0.1mol/l的鹽酸。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動紫外探測器的制備方法，其特征在于：所述射頻磁控濺射過程中的工作氣體為氬氣，所述氬氣的流量為5sccm～30sccm；濺射壓力為0.5pa～1pa，濺射功率為55w～80w。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動紫外探測器的制備方法，其特征在于：所述生長zno薄膜的過程包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自驅(qū)動紫外探測器的制備方法，其特征在于：通過控制所述后退火的條件來控制batio3層的擇優(yōu)取向，所述擇優(yōu)取向包括無取向，（111）取向，（001）取向。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自驅(qū)動紫外探測器及其制備方法，自驅(qū)動紫外探測器從底部至頂部依次包括襯底、BaTiO<subgt;3</subgt;層以及ZnO層；BaTiO<subgt;3</subgt;層設(shè)有第一電極，ZnO層設(shè)有第二電極；ZnO層包括若干個圓柱陣列排列的ZnO圓柱，每一個ZnO圓柱上分別獨立設(shè)有第二電極；第一電極為Al，第二電極為Au或者Pt；本發(fā)明提供的自驅(qū)動紫外探測器可以在0?V偏壓下工作，即自驅(qū)動工作模式；也可以在其他非零偏壓下工作，偏壓范圍為?50V～50V；而且在0?V工作條件下可以獲得高的響應(yīng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：陳星,劉可為,申德振,楊佳霖
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15