專利名稱：一種p-n異質結光探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用錯配層鈷氧化合物/摻鈮鈦酸鍶ρ-η異質結制作的光探測器，屬于薄膜光探測器技術領域。
背景技術：
近年來，利用氧化物異質結的光生伏特效應制作的新型光探測器備受關注，和傳 統(tǒng)的用半導體材料制成的光子探測器相比，根據氧化物異質結光生伏特效應制做的光探測 器價格低廉、信噪比好、不需要制冷，且可以根據選則不同禁帶寬度的氧化物材料來制成光 譜響應范圍不同的光探測器。以鉍鍶鈷氧(Bi2Sr2Co2Oy)和鈣鈷氧(Ca3Co4O9)為代表的錯配層鈷氧化合物是近年 來新發(fā)現的一種P型導電氧化物熱電材料，其空穴濃度在室溫下約為102°-1021/cm3，和η型 導電的摻鈮鈦酸鍶(SivxNbxTiCVO. 01 ≥ χ ≥ 0. 004))中的電子濃度很接近。如果在摻鈮 鈦酸鍶單晶基底上外延生長一層鉍鍶鈷氧和鈣鈷氧薄膜，則構成了一種全新的氧化物Ρ-η 異質結。當光照射在異質結上，根據Ρ-η異質結的光生伏特效應則可以直接產生電壓信號， 利用此原理即可制作鉍鍶鈷氧(鈣鈷氧)/摻鈮太酸鍶異質結光探測器。此外，室溫下鉍鍶 鈷氧和鈣鈷氧的禁帶寬度分別只有0. 6eV和1. Oev,因此利用鉍鍶鈷氧(鈣鈷氧)/摻鈮鈦 酸鍶異質結制作的光探測器可以響應從紫外一直到紅外很寬頻段的光。但截至目前為止， 并沒有見到有關此類探測器的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種通過在摻鈮鈦酸鍶單晶基底上外延生長 一層錯配層鈷氧化合物薄膜的Ρ-η異質結光探測器。解決上述技術問題的技術方案是一種ρ-η異質結光探測器，它由摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯配層鈷氧化合物薄膜組 成，錯配層鈷氧化合物薄膜采用脈沖激光沉積技術或金屬有機沉積技術外延生長在摻鈮鈦 酸鍶單晶基底上，在摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯配層鈷氧化合物薄膜上各有一個采用熱蒸 發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術沉積在基底和薄膜表面的電極，兩個電極分別通過電極 引線與電壓信號輸出端相連接。上述ρ-η異質結光探測器，所述的錯配層鈷氧化合物薄膜為鈣鈷氧或鉍鍶鈷氧薄 膜，薄膜的厚度為20nm-200nm。上述ρ-η異質結光探測器，所述的兩個電極為金屬Pt、Au、Ag、Al或In制作。上述ρ-η異質結光探測器，所述的電極引線的一端用導電銀膠直接粘在兩個電極 上或用焊錫焊接在電極上，電極引線為Au、Ag或Cu的細導線，直徑為0. 01-0. 2mm。上述Ρ-η異質結光探測器，所述的兩根電極引線的輸出端并聯一個阻值為 0. 1-50 Ω的電阻。本發(fā)明所提供的利用錯配層鈷氧化合物/摻鈮鈦酸鍶ρ-η異質結制作的光探測器的優(yōu)點在于制備簡單、成本低廉、不需要制冷、不需要任何輔助的電源和電子設備、響應波段寬。


圖1是本發(fā)明p-n異質結光探測器的結構示意圖。圖中標記如下1、摻鈮鈦酸鍶單晶基片 2、錯配層鈷氧化合物薄膜3、第一電極 4、第二電極5、第一電極引線6、第二電極引線7、并聯電阻圖2為=Bi2Sr2Co2OiZSra99NbacilTiO3異質結光探測器對XeCl激光器輸出激光(波 長308nm，脈寬25ns)的電壓信號響應圖。圖2中插圖為該光探測器的測量結構示意圖。圖3為Bi2Sr2Co208/SrQ. 99Nb0.01Ti03異質結光探測器并聯50歐姆電阻后對XeCl激 光器輸出激光(波長308nm，脈寬25ns)的電壓信號響應圖。圖4為=Ca3Co4CVSra993Nbac1c17TiO3異質結光探測器對XeCl激光器輸出激光(波長 308nm，脈寬25ns)的電壓信號響應圖。圖5為=Bi2Sr2Co2CVSra 996Nbacici4TiO3異質結光探測器對Nd:YAG激光器輸出激光 (波長1064nm，脈寬25ps)的電壓信號響應圖。
具體實施例方式圖1中顯示，本發(fā)明是在摻鈮鈦酸鍶單晶基底1上利用已知的脈沖激光沉積技術 或金屬有機沉積技術外延生長一層錯配層鈷氧化合物薄膜2。摻鈮鈦酸鍶單晶基底1的鈮摻雜量的范圍為0. 4% -1%之間；錯配層鈷氧化合物 薄膜2可以選用鈣鈷氧或鉍鍶鈷氧薄膜，薄膜厚度為20nm-200nm。在摻鈮鈦酸鍶單晶基底1和錯配層鈷氧化合物薄膜2上各有一個電極，電極材料 可以選用金屬Pt、Au、Ag、Al或In，利用已知的熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術沉積 在在摻鈮鈦酸鍶單晶基底1和錯配層鈷氧化合物薄膜2表面。兩個電極分別為第一電極3 和第二電極4，第一電極3設置在錯配層鈷氧化合物薄膜2表面，第二電極4設置在摻鈮鈦 酸鍶單晶基底2上。第一電極3、第二電極4分別與第一電極引線5、第二電極引線6相連接，兩電極引 線的一端用導電銀膠直接粘在兩個電極上或用焊錫焊接在電極上，電極引線可以選用Au、 Ag或Cu的細導線，直徑為0.01-0. 2mm。兩電極引線的另一端接到電壓信號輸出端上，為提 高探測器的響應速度，也可以在兩根電極引線的輸出端并聯一個阻值為0. 1-50 Ω的并聯 電阻7。以下是本發(fā)明的幾個實施例。實施例1 對脈寬為25ns的308nm XeCl準分子激光器輸出激光探測的 Bi2Sr2Co2O8ZSra99NbatllTiO3 異質結光探測器。1.選用已知的脈沖激光沉積技術在Sra99NbatllTiO3(OOl)單晶基底上外延生長一 層厚度為IOOnm的Bi2Sr2Co2O8熱電薄膜；2.利用已知的熱蒸發(fā)方法分別在Bi2Sr2Co2O8薄膜表面和Sra99NbatllTiO3單晶基底 上制備兩個Ag電極，電極直徑為0. 5mm ；3.用導電銀膠將直徑為0. Imm的兩根銅導線分別粘在兩個銀電極上作為兩個電級的引線；4.將兩根電極引線的另一端接在作為輸出電壓信號測試端的示波器上，示波器輸 入阻抗選用1兆歐姆檔；5.選用500兆示波器，用上述Bi2Sr2Co2CVSra99NbacilTiO3薄膜光探測器，測量準分 子XeCl激光器(輸出波長為308nm，脈寬為25ns)照射在探測器上產生的電壓信號輸出。圖2是示波器記錄下來的308nm的XeCl激光器照射到該探測器表面上時產生的 輸出電壓信號的波形圖?？梢钥闯?，ImJ的激光能量能產生高達820mV的電壓信號，具有很 高的探測靈敏度；探測器的響應速度較慢，上升沿時間和半寬度分別約為190 μ s和24ms。實施例2 對脈寬為25ns的308nm XeCl準分子激光器輸出激光探測的 Bi2Sr2Co208/Sr0.993Nb0.007Ti03 異質結光探測器。1.同實施例1中步驟1-3 ；4.在兩根電極引線之間并聯一個50歐姆的電阻；
5.同實施例1中步驟4-5 ；圖3是示波器記錄下來的308nm的XeCl激光器照射到該探測器表面上時產生的 輸出電壓信號的波形圖?？梢钥闯?，由于并聯了一個小電阻，探測器的響應速度提高，信號 上升沿時間和半寬度分別由實施例1中的190 μ S和24ms提高到23 μ s和400 μ s。實施例3 對脈寬為25ns的308nm XeCl準分子激光器輸出激光探測的Ca3Co4O9/ Sr0.993Nb0.007Ti03異質結光探測器。1.選用已知的有機化學溶液沉積技術在Sra 993Nbacici7TiO3(OOl)單晶基底上外延生 長一層厚度為300nm的Ca3Co4O9熱電薄膜；2.同實施例1中步驟2-4 ；5.選用500兆示波器，用上述Ca3C04CVSra 993Nbacici7TiO3異質結光探測器，測量準 分子XeCl激光器(輸出波長為308nm，脈寬為25ns)照射在探測器上的電壓信號輸出。圖4是示波器記錄下來的308nm的XeCl激光器照射到該探測器表面上時產生的 輸出電壓信號的波形圖?？梢钥闯觯斦丈湓诒∧ど系募す饽芰繛镮mJ時，輸出電壓信號的 幅值高達108mV，同樣具有很高的探測靈敏度；該探測器的輸出電壓信號的上升沿時間和 半寬度分別為110μ s和3ms。實施例4 對脈寬為25ps的Nd:YAG激光器輸出激光(輸出波長為1064nm)探測 的 Bi2Sr2Co208/Sr。.996Nb。.。。4Ti03 異質結光探測器。1.選用已知的化學溶液沉積技術在Sra 996Nbacici4TiO3(OOl)單晶基片上外延一層厚 度為20nm的Bi2Sr2Co2O8熱電薄膜；2.利用已知的磁控濺射方法分別在Bi2Sr2Co2O8薄膜表面和Sra 996Nbatltl4TiO3基底 上制備兩個Au電極，電極直徑為0. 3mm ；3.用焊錫將直徑為0. Imm的兩根Ag導線分別焊接在兩個Au電極上作為兩個電極 的引線；4.將兩根電極引線的另一端接在作為輸出電壓信號測試端的示波器上，示波器輸 入阻抗選用1兆歐姆檔；5.選用500兆示波器，用上述Bi2Sr2Co2O8薄膜光探測器，測量Nd: YAG激光器(輸 出波長為1064nm，脈寬為25ps)照射在探測器上的電壓信號輸出。
圖5是示波器記錄下來的Nd: YAG激光器(25ps，1064nm)照射到該探測器表面上時產生的輸出電壓信號的波形圖?？梢钥闯觯斦丈涞奖∧け砻嫔系募す饽芰繛镮mJ時，輸 出電壓信號達到了 60mV，電壓信號的上升沿時間為40ns，半寬度為230ns，因此該探測器可 以探測紅外波段的光且響應速度較快。本發(fā)明列舉的實施例旨在更進一步地闡明這種p-n異質結光探測器的制備方法， 而不對本發(fā)明的范圍構成任何限制。
權利要求
一種p-n異質結光探測器，其特征在于它由摻鈮鈦酸鍶單晶基底(1)和錯配層鈷氧化合物薄膜(2)組成，錯配層鈷氧化合物薄膜(2)采用脈沖激光沉積技術或金屬有機沉積技術外延生長在摻鈮鈦酸鍶單晶基底(1)上，在摻鈮鈦酸鍶單晶基底(1)和錯配層鈷氧化合物薄膜(2)上各有一個采用熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術沉積在基底和薄膜表面的電極，兩個電極分別通過電極引線與電壓信號輸出端相連接。
2.根據權利要求1所述的p-n異質結光探測器，其特征在于所述的錯配層鈷氧化合 物薄膜(2)為鈣鈷氧或鉍鍶鈷氧薄膜，薄膜的厚度為20nm-200nm。
3.根據權利要求2所述的p-n異質結光探測器，其特征在于所述的兩個電極為金屬 Pt、Au、Ag、Al 或 In 制作。
4.根據權利要求3所述的p-n異質結光探測器，其特征在于所述的電極引線的一端 用導電銀膠直接粘在兩個電極上或用焊錫焊接在電極上，電極引線為Au、Ag或Cu的細導 線，直徑為0. 01-0. 2mm。
5.根據權利要求4所述的p-n異質結光探測器，其特征在于所述的兩根電極引線的 輸出端并聯一個阻值為0. 1-50 Q的電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種p-n異質結光探測器，屬于薄膜光探測器技術領域，所要解決的技術問題是提供一種在摻鈮鈦酸鍶單晶基底上外延生長一層錯配層鈷氧化合物薄膜的p-n異質結光探測器，其技術方案是它由摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯配層鈷氧化合物薄膜組成，錯配層鈷氧化合物薄膜采用脈沖激光沉積技術或金屬有機沉積技術外延生長在摻鈮鈦酸鍶單晶基底上，在摻鈮鈦酸鍶單晶基底和錯配層鈷氧化合物薄膜上各有一個采用熱蒸發(fā)、磁控濺射或脈沖激光沉積技術沉積在基底和薄膜表面的電極，兩個電極分別通過電極引線與電壓信號輸出端相連接。本發(fā)明的優(yōu)點在于制備簡單、成本低廉、不需要制冷、不需要任何輔助的電源和電子設備、響應波段寬。
文檔編號H01L31/109GK101826570SQ201010131670
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權日2010年3月25日
發(fā)明者于威, 何立平, 傅廣生, 李曉葦, 王淑芳, 陳明敬, 陳景春 申請人:河北大學