專利名稱：MgZnO日盲光敏電阻器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子信息領(lǐng)域，涉及一種MgaiO日盲光敏電阻器，主要用于產(chǎn)生低偏壓、高響應(yīng)的日盲光敏電阻器。
背景技術(shù)：
日盲光敏電阻器是許多應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵元件，廣泛應(yīng)用于火警探測(cè)、火焰?zhèn)鞲?、天文學(xué)觀測(cè)與研究、航空及航天跟蹤與控制、氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)、醫(yī)療衛(wèi)生與生物工程、通信等領(lǐng)域。傳統(tǒng)上用光電倍增管(PMT)和過(guò)濾器及熒光降頻技術(shù)做日盲檢測(cè)，然而這種設(shè)備具有成本高、運(yùn)行時(shí)需要高壓、體積大、重量重等缺點(diǎn)。而半導(dǎo)體光敏電阻器具有運(yùn)行時(shí)電壓很低、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。紫外光敏電阻需要寬禁帶半導(dǎo)體，在寬禁帶半導(dǎo)體中，GaN和ZnO基材料可能是最有希望實(shí)現(xiàn)日盲光敏電阻器的。在ZnO基材料中，MgZnO是最有希望制備出日盲光敏電阻器的材料之一，在日盲區(qū)要求有大Mg組份的MgSiO。研究結(jié)果表明，大組份Mg的MgZnO制備會(huì)出現(xiàn)相分離，其制備非常困難。原因有二個(gè)一是在通常C面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)ZnO極性問(wèn)題，而是MgO、ZnO和C面藍(lán)寶石晶格失配較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，解決大組份Mg的MgZnO制備的相分離問(wèn)題。提供一種MgZnO日盲光敏電阻器及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案一種MgSiO日盲光敏電阻器，該日盲光敏電阻器是在R面藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)低組份Mg的第一層M&Zni_x0過(guò)渡層、第二層iteyZni_y0過(guò)渡層、高組份Mg的MgZnO薄膜和電極。所述的第一層MgxSvxO過(guò)渡層中X = O. 16-0. 20，厚度為2-lOnm ；所述的第二層Mgy^vyO過(guò)渡層中 Y = O. 26-0. 40，厚度為 2-10nm ；所述的 MgzZn1^zO 薄膜中 Z = O. 43-0. 55。R面藍(lán)寶石/IfexZrvxO過(guò)渡層/IfeyZrvyO過(guò)渡層/M^ZrvzO薄膜/金屬電極結(jié)構(gòu)的MgZnO日盲光敏電阻器。一種MgZnO日盲光敏電阻器制備方法，該方法的步驟包括步驟一將清洗過(guò)的R面藍(lán)寶石襯底傳入MBE預(yù)生長(zhǎng)室；步驟二 R面藍(lán)寶石襯底在預(yù)生長(zhǎng)室750-850°C處理15_30分鐘；步驟三R面藍(lán)寶石襯底傳入生長(zhǎng)室，在生長(zhǎng)溫度400-500°C下生長(zhǎng)第一層2-lOnm的MgxSvxO過(guò)渡層，其中X = O. 16-0. 20 ；接著在相同生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)第二層2-lOnm的MgyZn1^yO 過(guò)渡層，其中 Y = O. 26-0. 40 ；步驟四在生長(zhǎng)溫度400-500°C下，生長(zhǎng)MgzSvzO薄膜，其中Z = 0. 43-0. 55 ；步驟五在MgzSvzO薄膜上，制備厚度100-150nm的金屬電極，其中金屬材料是Al、Au、Pt。該方法的創(chuàng)新之處有兩點(diǎn)一是用R面藍(lán)寶石襯底代替C面藍(lán)寶石襯底，生長(zhǎng)無(wú)極性的MgZnO薄膜，解決了極性問(wèn)題，而且使晶格失配減?。欢且雰蓚€(gè)低組份Mg的MgSiO過(guò)渡層，使晶格失配多次釋放，再在其上生長(zhǎng)高組份高質(zhì)量MgZnO薄膜，最后鍍電極制備出MgZnO日盲光敏電阻器。本發(fā)明的有益效果R面藍(lán)寶石/M^iZrvxO過(guò)渡層/IfeyZrvyO過(guò)渡層/M^ZrvzO薄膜/金屬電極結(jié)構(gòu)的MgZnO日盲光敏電阻器，用MBE通過(guò)引入兩個(gè)低組份Mg的過(guò)渡層在R面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)高大組份Mg的MgZnO薄膜，解決了相分離問(wèn)題，生長(zhǎng)出無(wú)極性大組份單相高質(zhì)量的MgZnO薄膜，并制備出MgZnO日盲光敏電阻器，其制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，光響應(yīng)較高。而研制成本低、偏壓低、光響應(yīng)高、體積小的日盲光敏電阻器對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展以及國(guó)防建設(shè)具有十分重要的意義。


圖1為R面藍(lán)寶石/M^iZrvxO過(guò)渡層/IfeyZrvyO過(guò)渡層/M^ZrvzO薄膜/金屬電極結(jié)構(gòu)的MgSiO日盲光敏電阻器的R-V特性，插圖為對(duì)應(yīng)的I-V特性。圖2為R面藍(lán)寶石/M^iZrvxO過(guò)渡層/IfeyZrvyO過(guò)渡層/M^ZrvzO薄膜/金屬電極結(jié)構(gòu)的MgSiO日盲光敏電阻器的光譜響應(yīng)。
具體實(shí)施例方式一種MgSiO日盲光敏電阻器，該日盲光敏電阻器是在R面藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)低組份Mg的第一層M&Zni_x0過(guò)渡層、第二層iteyZni_y0過(guò)渡層、高組份Mg的MgZnO薄膜和電極。所述的第一層MgxSvxO過(guò)渡層中X = O. 16-0. 20，厚度為2-lOnm ；所述的第二層Mgy^vyO過(guò)渡層中 Y = O. 26-0. 40，厚度為 2-10nm ；所述的 MgzZn1^zO 薄膜中 Z = O. 43-0. 55。一種MgZnO日盲光敏電阻器制備方法一，該方法的步驟包括步驟一將清洗過(guò)的R面藍(lán)寶石襯底傳入MBE預(yù)生長(zhǎng)室；步驟二 R面藍(lán)寶石襯底在預(yù)生長(zhǎng)室750°C處理15分鐘；步驟三R面藍(lán)寶石襯底傳入生長(zhǎng)室，在生長(zhǎng)溫度400°C下生長(zhǎng)厚度為2nm的第一層M^16Zna84O過(guò)渡層；接著在相同生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)厚度為2nm的第二層M^26Zna74O過(guò)渡層；步驟四在生長(zhǎng)溫度400°C下，生長(zhǎng)M^l43Zna57O薄膜；步驟五在M^l43Zna57O薄膜上，制備厚度120nm的金屬Au電極。一種MgZnO日盲光敏電阻器制備方法二，該方法的步驟包括步驟一將清洗過(guò)的R面藍(lán)寶石襯底傳入MBE預(yù)生長(zhǎng)室；步驟二 R面藍(lán)寶石襯底在預(yù)生長(zhǎng)室800°C處理20分鐘；步驟三R面藍(lán)寶石襯底傳入生長(zhǎng)室，在生長(zhǎng)溫度450°C下生長(zhǎng)厚度為5nm的第一層M^18Zna82O過(guò)渡層；接著在相同生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)厚度為5nm的第二層M^33Zna67O過(guò)渡層；步驟四在生長(zhǎng)溫度450°C下，生長(zhǎng)M^l48Zna52O薄膜；步驟五在M^l48Zna52O薄膜上，制備厚度IOOnm的金屬Al電極。一種MgZnO日盲光敏電阻器制備方法三，該方法的步驟包括步驟一將清洗過(guò)的R面藍(lán)寶石襯底傳入MBE預(yù)生長(zhǎng)室；
步驟二 R面藍(lán)寶石襯底在預(yù)生長(zhǎng)室850°C處理30分鐘；步驟三R面藍(lán)寶石襯底傳入生長(zhǎng)室，在生長(zhǎng)溫度500°C下生長(zhǎng)厚度為IOnm的第一層M^l2Zna8O過(guò)渡層；接著在相同生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)厚度為IOnm的第二層％α4Ζ%60過(guò)渡層；步驟四在生長(zhǎng)溫度500°C下，生長(zhǎng)M^l55Zna45O薄膜；步驟五在M^l55Zna45O薄膜上，制備厚度150nm的金屬Pt電極。按上述實(shí)施方式二的工藝方法制備的R面藍(lán)寶石/MgxSvxO過(guò)渡層/MgySvyO過(guò)渡層/IfezZrvzO薄膜/金屬電極結(jié)構(gòu)的MgSiO日盲光敏電阻器，其光暗電阻R-V特性如圖1所示，其中插圖為對(duì)應(yīng)的I-V特性。由圖1可以看出，在^Onm光強(qiáng)為0. 61mff/cm2的光照下，光暗電阻比高達(dá)1. 7*104。電阻光譜響應(yīng)如圖2所示，由圖2可以看出，電阻光譜響應(yīng)在日盲區(qū)，峰值為267nm，最大電阻為1. 5 X 1(Γ3 Ω Λτ1。
權(quán)利要求
1. 一種MgaiO日盲光敏電阻器，其特征在于MgZnO薄膜制備日盲光敏電阻器是在R面藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)低組份Mg的第一層MgxSvxO過(guò)渡層、第二層iteyZni_y0過(guò)渡層、高組份Mg的M^ZrvzO薄膜和電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MgZnO日盲光敏電阻器，其特征在于所述的第一層M^iSvxO過(guò)渡層中X = O. 16-0. 20，厚度為2-lOnm ；所述的第二層MgySvyO過(guò)渡層中Y = O. 26-0. 40，厚度為2-lOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MgZnO日盲光敏電阻器，其特征在于所述的 MgzSvzO 薄膜中 Z = O. 43-0. 55。
4.一種MgZnO日盲光敏電阻器制備方法，其特征在于該方法的步驟包括步驟一將清洗過(guò)的R面藍(lán)寶石襯底傳入MBE預(yù)生長(zhǎng)室；步驟二 R面藍(lán)寶石襯底在預(yù)生長(zhǎng)室750-850°C處理15-30分鐘；步驟三R面藍(lán)寶石襯底傳入生長(zhǎng)室，在生長(zhǎng)溫度400-50(TC下生長(zhǎng)第一層厚度為2-10nm的Mgx^vxO過(guò)渡層，其中X = O. 16-0. 20 ；接著在相同生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)第二層厚度為 2-10nm 的 MgyZrvyO 過(guò)渡層，其中 Y = O. 26-0. 40 ；步驟四在生長(zhǎng)溫度400-500°C下，生長(zhǎng)MgzSvzO薄膜，其中Z = O. 43-0. 55 ；步驟五在MgzSvzO薄膜上，制備厚度100-150nm的金屬電極，其中金屬材料是Al、Au、Pt。
全文摘要
MgZnO日盲光敏電阻器及其制備方法，屬于光電子信息領(lǐng)域，主要用于產(chǎn)生低偏壓、高響應(yīng)的日盲光敏電阻器。解決了大組份Mg的MgZnO制備的相分離問(wèn)題。MgZnO薄膜制備日盲光敏電阻器是在R面藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)第一層MgxZn1-xO過(guò)渡層、第二層MgyZn1-yO過(guò)渡層、高組份Mg的MgZZn1-ZO薄膜和電極。步驟一 將清洗過(guò)的R面藍(lán)寶石襯底傳入MBE預(yù)生長(zhǎng)室；步驟二R面藍(lán)寶石襯底在預(yù)生長(zhǎng)室750-850℃處理15-30分鐘；步驟三R面藍(lán)寶石襯底傳入生長(zhǎng)室，在生長(zhǎng)溫度400-500℃下生長(zhǎng)第一層2-10nm厚的MgxZn1-xO過(guò)渡層，其中X＝0.16-0.20；接著在相同生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)第二層2-10nm厚的MgyZn1-yO過(guò)渡層，其中Y＝0.26-0.40；步驟四 在生長(zhǎng)溫度400-500℃下，生長(zhǎng)MgZZn1-ZO薄膜，其中Z＝0.43-0.55；步驟五在MgZZn1-ZO薄膜上，制備厚度100-150nm的金屬電極，其中金屬材料是Al、Au、Pt。制備工藝簡(jiǎn)單、成本低。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102569483SQ20111042775
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者劉鳳娟, 張希清, 王永生, 胡佐富, 黃海琴 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)