專利名稱：一種具有橫向光伏效應(yīng)的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備和傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新發(fā)現(xiàn)的具有橫向光伏效應(yīng) 的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制備方法，以及在位置傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
橫向光伏效應(yīng)，是指在點(diǎn)照明下的p-n結(jié)、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或者金屬半導(dǎo)體結(jié)等所 產(chǎn)生的沿著表面的光伏效應(yīng)，可以應(yīng)用于位置靈敏探測(cè)器、轉(zhuǎn)軸編碼器、x-y軸定位器和光 學(xué)定位傳感器等。目前應(yīng)用最廣的，還是基于傳統(tǒng)P-n結(jié)或金屬-半導(dǎo)體結(jié)(MS)或金屬-氧 化物-半導(dǎo)體結(jié)(M0S)，主要是采用無(wú)機(jī)材料。這種無(wú)機(jī)橫向光伏器件，盡管有較好的橫向 光伏效應(yīng)，但是材料選擇較為狹窄，可調(diào)控區(qū)間較小，成本也相對(duì)也較高。同時(shí)，由于有機(jī)材料在物理、化學(xué)特性和制備工藝方面相比無(wú)機(jī)材料有獨(dú)特優(yōu)越 性，目前在學(xué)術(shù)界已得到廣泛關(guān)注。基于上述考慮，我們制備并研究了一系列無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo) 體復(fù)合結(jié)構(gòu)，即用磁性金屬與有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合的納米顆粒膜，來(lái)替代M0S或MS中的金屬層， 發(fā)現(xiàn)也具有較大的橫向光伏效應(yīng)，可通過(guò)組分來(lái)調(diào)控，這有望應(yīng)用于位置傳感等相關(guān)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)控區(qū)域區(qū)間大、成本比較低的具有橫向光伏效應(yīng) 的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制備方法。該方法能根據(jù)實(shí)際需要，改變表面層磁性復(fù)合 有機(jī)納米顆粒膜中磁性金屬材料的含量，從而調(diào)控材料的電導(dǎo)率等輸運(yùn)性質(zhì)，并產(chǎn)生相應(yīng) 的橫向光伏效應(yīng)。本發(fā)明是將磁性金屬材料(FM)和有機(jī)半導(dǎo)體材料(0SC)通過(guò)共蒸發(fā)的方法蒸鍍 在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體(SC)上，得到一種新型的具有橫向光伏效應(yīng)的器件一無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合 器件。其結(jié)構(gòu)有兩種磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合納米顆粒膜層/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體 層(FM-0SC/SC)結(jié)構(gòu)，或者磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合納米顆粒膜層/絕緣層/ 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體層(FM-0SC/I/SC)結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)均具有橫向光伏效應(yīng)。本發(fā)明采用真空熱蒸發(fā)鍍膜的工藝，真空度為lX10_4Pa--lX10_3Pa ；將磁性金屬 材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料共蒸發(fā)沉積在清潔干凈的Si襯底上面，或者沉積在具有自然氧化 層(Si02)的Si襯底上面，其中，磁性金屬材料納米顆粒均勻鑲嵌于有機(jī)半導(dǎo)體基底中，形 成厚度為20nm-1500nm的磁性有機(jī)半導(dǎo)體顆粒膜，表達(dá)式為(A)x(B)h，x = 0. 3-0. 9，其中 A為磁性金屬材料，B為有機(jī)半導(dǎo)體材料，器件結(jié)構(gòu)為(AUB^Si或(AUB)h/Si02/Si ； 其中控制金屬磁性材料的蒸鍍速率為0.05-5A/S之間，控制有機(jī)材料的速率為0.1-lA/s之間。 磁性金屬材料選自Fe、Co或M，或者選自合金FeM或FeCo ；有機(jī)半導(dǎo)體材料選自8_羥基 喹啉鋁，無(wú)機(jī)半導(dǎo)體選自Si，器件結(jié)構(gòu)為(A)x(B)h/Si或者(A^^WSiCVSi。其特點(diǎn)在于
(1)通過(guò)改變Si襯底的電阻率得到不同的橫向光伏效應(yīng)；(2)自然氧化層Si02層對(duì)橫向光伏效應(yīng)有影響；(3)改變顆粒膜層的組分也可調(diào)制橫向光伏效應(yīng)的大小。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了新的具有橫向光伏效應(yīng)的功能器件，制備方法是通過(guò)共蒸發(fā)的方法 將磁性金屬與有機(jī)半導(dǎo)體蒸鍍?cè)跓o(wú)機(jī)半導(dǎo)體襯底上，形成磁性有機(jī)顆粒膜和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體襯 底組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供了新的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件，該器件具有橫 向光伏效應(yīng)，其橫向光伏效應(yīng)隨著材料組分的變化而變化，并提供了制備該器件的方法。利 用該種器件制成的位置傳感器，不僅制備工藝相對(duì)于無(wú)機(jī)體系的材料較為簡(jiǎn)化，成本降低， 而且有機(jī)材料種類多，選擇具有多樣性，具有一定的應(yīng)用前景。


圖1 :FM-0SC/SC的結(jié)構(gòu)示意圖及測(cè)量方法。圖中，x表示激光照射點(diǎn)與兩個(gè)電壓 測(cè)量點(diǎn)的中點(diǎn)的距離；LPV表示橫向光伏電壓；FM-0SC表示磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材 料復(fù)合納米顆粒膜層；SC表示無(wú)機(jī)半導(dǎo)體層。圖2 :FM-0SC/I/SC的結(jié)構(gòu)示意圖及測(cè)量方法。圖中，x表示激光照射點(diǎn)與兩個(gè)電 壓測(cè)量點(diǎn)的中點(diǎn)的距離；LPV表示橫向光伏電壓；FM-0SC表示磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體 材料復(fù)合納米顆粒膜層；I表示絕緣層；SC表示無(wú)機(jī)半導(dǎo)體層。圖3 :(Co)。.4(Alq3)。.6/Si，(Co)。.4 (Alq3)。.6/Si02/Si，Si 襯底電阻率為 2-4 Q cm 的 橫向光伏效應(yīng)。圖 4 :(Co)0.4(Alq3)0.6/Si，Si 襯底電阻率分別為 2-4 Q cm, 70-80 Q cm, > 1000 Q cm
的橫向光伏效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的制備技術(shù)方案，以便更好地理解本發(fā)明內(nèi)容。實(shí)施例1(Co)0.4(Alq3)0.6/Si無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備a、用于沉積的基片，采用硅片，經(jīng)過(guò)清洗后晾干，并用氫氟酸腐蝕掉3102層，置入 真空腔中。b、用機(jī)械泵和分子泵將真空腔抽至較高真空，約5X 10_4Pa。c、真空腔底部配置兩個(gè)蒸發(fā)源——有機(jī)源和金屬源。通過(guò)對(duì)加熱電壓和溫度 的調(diào)控，以及膜厚儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，來(lái)控制成膜過(guò)程。磁性金屬的蒸發(fā)速率，控制在0.35A/S， 有機(jī)材料的速率控制在O.lA/s，并通過(guò)其相對(duì)速率來(lái)控制薄膜組分，本樣品的組分為 (CO)0 4(Alq3) 0.6。d、利用激光器和電壓表對(duì)該樣品進(jìn)行橫向光伏電壓的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該器件具有較好 的線性橫向光伏效應(yīng)，其位置靈敏度為34. 7mV/mm，見圖1曲線A。e、利用其位置特性，可用于位置傳感器。實(shí)施例2
(Co)0.4(Alq3)0.6/Si02/Si無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備a、用于沉積的基片，采用硅片，經(jīng)過(guò)清洗后晾干，未用氫氟酸除去表面的Si02層， 直接置入真空腔中。b、用機(jī)械泵和分子泵將真空腔抽至較高真空，約5X 10_4Pa。c、真空腔底部配置兩個(gè)蒸發(fā)源——有機(jī)源和金屬源。通過(guò)對(duì)加熱電壓和溫度的調(diào) 控，以及膜厚儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，來(lái)控制成膜過(guò)程。磁性金屬的蒸發(fā)速率，控制在0.35A/S，有機(jī)材 料的速率控制在O.lA/s，并通過(guò)其相對(duì)速率來(lái)控制薄膜組分，其組分為(CokJAlc^u。d、利用激光器和電壓表對(duì)該樣品進(jìn)行電壓的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該器件具有較好的線性橫 向光伏效應(yīng)，其位置靈敏度為6. lmV/mm，見圖1曲線B。利用其位置特性，可用于位置傳感器。實(shí)施例3(Co)0.4(Alq3)0.6/Si02/Si無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備e、我們選用不同電阻率的Si襯底，經(jīng)過(guò)清洗后晾干，用氫氟酸除去表面的Si02
層，置入真空腔中。f、用機(jī)械泵和分子泵將真空腔抽至較高真空，約5X 10_4Pa。g、真空腔底部配置兩個(gè)蒸發(fā)源——有機(jī)源和金屬源。通過(guò)對(duì)加熱電壓和溫度的調(diào) 控，以及膜厚儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，來(lái)控制成膜過(guò)程。磁性金屬的蒸發(fā)速率，控制在0.35A/S，有機(jī)材 料的速率控制在0.1A/S，并通過(guò)其相對(duì)速率來(lái)控制薄膜組分，其組分為(CokJAlq^u。h、利用激光器和電壓表對(duì)該樣品進(jìn)行電壓的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)三個(gè)器件均具有較好的線 性橫向光伏效應(yīng)，其位置靈敏度為分別34. 7mV/mm(樣品1)，10. 3mV/mm(樣品2)和4. lmV/ mm(樣品3)，見圖2。利用其位置特性，可用于位置傳感器。
權(quán)利要求
一種具有橫向光伏效應(yīng)的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于該器件是由磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料通過(guò)共蒸發(fā)的方法，沉積在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體襯底上獲得，磁性金屬材料以納米顆粒形式均勻鑲嵌于有機(jī)半導(dǎo)體材料做成的基底中，形成復(fù)合納米顆粒膜層，該膜層厚度為20nm～1500nm，表達(dá)式為(A)x(B)1-x，x＝0.3-0.9，其中A為磁性金屬材料，B為有機(jī)半導(dǎo)體材料，器件結(jié)構(gòu)為(A)x(B)1-x/Si或(A)x(B)1-x/SiO2/Si。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有橫向光伏效應(yīng)的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件，其特征在于 所述磁性金屬材料選自Fe、Co或M，或者選自合金FeNiM或FeCo ；有機(jī)半導(dǎo)體材料選自8_羥 基喹啉鋁，無(wú)機(jī)半導(dǎo)體選自Si。
3.—種如權(quán)利要求1所述的具有橫向光伏效應(yīng)的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備方 法，其特征在于具體步驟如下采用真空熱蒸發(fā)鍍膜的工藝，真空度為lX10_4Pa--lX10_3Pa ；將磁性金屬材料和有機(jī) 半導(dǎo)體材料共沉積在清潔干凈的Si襯底上面，或者沉積在具有自然氧化層SiO2的Si襯底 上面，形成厚度為20nm-1500nm的磁性有機(jī)半導(dǎo)體顆粒膜；其中控制金屬磁性材料的蒸鍍 速率為0.05-5A/S之間，控制有機(jī)材料的蒸鍍速率為Ο.1-lA/s之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料制備和傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有橫向光伏效應(yīng)的無(wú)機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合器件及其制備方法。該器件是由磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料通過(guò)共蒸發(fā)的方法，沉積在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體襯底上獲得。其中，磁性金屬材料納米顆粒均勻鑲嵌于有機(jī)半導(dǎo)體基底中，表達(dá)式為(A)x(B)1-x，x＝0.3-0.9，其中A為磁性金屬材料，B為有機(jī)半導(dǎo)體材料，器件結(jié)構(gòu)為(A)x(B)1-x/Si或(A)x(B)1-x/SiO2/Si，該類器件可廣泛用于位置傳感器等元器件。
文檔編號(hào)H01L51/48GK101814582SQ20101013801
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者倪剛, 劉文明, 張巖 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)