具有快速光响应的ZnO紫外探测器的研制.pdfVIP

具有快速光响应的ZnO 紫外探测器的研制1 ， ， ， ， ， ， 张景文 1 2 3 ，徐庆安 1 2 3 ，侯洵 1 3 4 1．中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安（710068 ） 2．中国科学院研究生院，北京（100039 ） 3．西安交通大学信息光子技术省重点实验室，西安（710049 ） 4．河南大学物理与信息光电子学院，河南开封（475000 ） E-mail：jwzhang@ 摘 要：利用射频溅射装置在石英衬底上生长了具有 C 轴择优取向的 ZnO 薄膜，通过光刻、 真空蒸镀 Al 电极等工艺，制得了具有叉指状电极的平面结构光电导型紫外探测器。暗态及 360nm 光照下探测器的 I-V 特性均为线性，并有较大的差别，5V 偏压下暗电流仅为 0.038uA, 360nm 处的光电响应度为 1.8A/W。利用脉冲宽度为 30ns 的 KrF 准分子激光器和 200MHz 带宽的示波器搭建了响应时间测试平台，测试结果表明该探测器响应时间谱上升时间仅为 100ns，下降时间为 1.5us。 关键词：ZnO ，紫外探测器，X 射线衍射，透射谱，光电响应度，光电响应时间 中图分类号： TN304.054;O472.3 文献标识码： Ａ 1. 引言 ZnO 是一种具有六角纤锌矿结构的直接宽带隙(3.3eV) [1] 半导体材料,其激子束缚能 (60meV) 比其它宽禁带半导体材料如 GaN(25meV)高很多，有可能制作出量子效率更高、激 发域值更低的光电子器件，在发光二极管（LED ）、激光器（LD ）、表面声波器件[2]尤其是紫 外探测器[3,4]方面有着广阔的应用前景。由于 ZnO 的p 型掺杂距离实用化尚有距离，因而阻 碍了基于 p-n 结结构的光电子器件的研制。目前关于探测器的研究主要集中在 MSM （金属 －半导体－金属）结构方面[5]，有以欧姆接触为基础的光电导型[3,7]和以肖特基接触为基础的 [4] 肖特基势垒型 两种。光电导探测器的内部光电子增益较高,有利于获得更高的光电响应度， 但是光响应速度较慢,存在光电导持续时间[6] 。据我们所知，目前报道的 ZnO 光电导型紫外 [3,7] 探测器的光响应时间均在 us 以上量级 ，这限制了其在导弹预警或跟踪制导等要求高速光 响应场合的应用，因此设法提高 ZnO 光电导型紫外探测器的响应速度就具有非常重要的意 义。本文报导了一种光电响应上升时间仅为 100ns 的ZnO 光电导型紫外探测器的制备过程， 并进行了相应的性能表征及分析。 2. 实验 2.1 材料及器件的制备 ZnO 薄膜利用射频溅射装置制备，生长前本底真空度为 5.0×10-4Pa，2 英寸的石英衬底 经过清洗后放入样品台,与其平行正对的位置安装有纯度为 5N 的Ф80 的Zn 靶。生长过程中 通入 O2 和 Ar 的混合气体，O2 流量为 25sccm, Ar 流量为 75sccm,真空室总气压保持在 1Pa， 溅射电流为 175mA,溅射电压为 69V，生长的ZnO 薄膜厚度为 2um 。然后在 800℃氧气和氮 气的混合气氛中进行 120 分钟退火处理，制得高阻 ZnO 薄膜。 ZnO 薄膜在进行 X 射线衍射（XRD ）和透射谱等性能测试后，利用lift off 原理，采用 中科院成都光电所生产的URE—2000 型紫外光刻机及自行设计的真空镀膜设备进行了光 1本课题得到教育部 985 工程 2 期 、211 工程 2 期；河南省杰出人才创新基金（0421001500 ）；教育部博士 点基金（20030698008 ）的共同资助。 -1-