CN114361276A - 非晶MgGaO薄膜的光伏探测器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏探测技术领域，具体涉及一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器及其制备方法和应用，包括利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜；在MgGaO薄膜上形成叉指电极；在叉指电极上按压In粒，得到MgGaO光伏探测器，使用金属有机化合物化学气相沉积法制备MgGaO薄膜，使MgGaO薄膜具有结晶质量高、不出现分相、吸收截止边陡峭的优点，解决了传统的制备方法所制备的MgGaO薄膜晶体质量不高，缺陷态较多的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏探测技术领域，尤其涉及一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器及其制备方法和应用。
背景技术
光信息能量共传可分为单纤信能同传和双纤信能同传，其中单纤信能同传需要运用到光伏探测器；
目前，通常采用脉冲激光沉积和射频磁控溅射制备光伏探测器的MgGaO薄膜。这两种方法制备MgGaO薄膜晶体质量不高，缺陷态较多，导致制备的光伏探测器暗电流较大且光响应速度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器及其制备方法和应用，旨在解决传统的制备方法所制备的MgGaO薄膜晶体质量不高，缺陷态较多的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜；
在所述MgGaO薄膜上光刻叉指电极；
在所述叉指电极上按压In粒，得到MgGaO光伏探测器。
所述利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜的具体方式为：
将所述衬底放入金属有机化学气相沉积设备的生长腔内；
所述金属有机化学气相沉积设备将有机镁化合物、有机镓化合物和氧源注入所述生长腔内对所述衬底生长1.5小时；
以每秒0.4℃的速度将所述衬底冷却至室温，得到MgGaO薄膜。
所述在所述MgGaO薄膜上光刻叉指电极的具体方式为：
将所述MgGaO薄膜移入退火炉，向所述退火炉通氧，以每秒0.3℃将所述退火炉的炉温升温至700℃，7分钟后将所述MgGaO薄膜从所述退火炉移出；
在移出的所述MgGaO薄膜表面沉积种子层；
在所述种子层表面旋涂光刻胶后曝光，得到硅片；
对所述硅片进行显影后进行脉冲电镀，得到电镀硅片；
将所述电镀硅片上的所述种子层去除，得到叉指电极。
所述有机镁化合物、所述有机镓化合物和所述氧源在所述生长腔内的载气流速分别为25sccm、13sccm和600sccm。
所述有机镁化合物为二甲基二茂镁和二乙基二茂镁中的一种或多种，所述有机镓化合物为三甲基镓和三乙基镓中的一种或多种。
第二方面，本发明提供了一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器，包括衬底、 MgGaO薄膜和叉指电极；
所述MgGaO薄膜与所述衬底固定连接，并位于所述衬底的一侧，所述叉指电极与所述MgGaO薄膜固定连接，并位于远离所述衬底的一侧。
第三方面，本发明提供了一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器的应用，应用于直调单纤光信能同传系统。
本发明的一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，通过利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜；在所述MgGaO薄膜上光刻叉指电极；在所述叉指电极上按压 In粒，得到MgGaO光伏探测器，使用金属有机化合物化学气相沉积法制备 MgGaO薄膜，使MgGaO薄膜具有结晶质量高、不出现分相、吸收截止边陡峭的优点，解决了传统的制备方法所制备的MgGaO薄膜晶体质量不高，缺陷态较多的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法的流程图。
图2是利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜的流程图。
图3是在所述MgGaO薄膜上光刻叉指电极的流程图。
图4是本发明提供的一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器的剖视图。
1-衬底、2-MgGaO薄膜、3-叉指电极。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
请参阅图1至图4，第一方面，本发明提供一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，包括以下步骤：
S1、利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底1的表面生长MgGaO薄膜2；
具体方式为：S11、将所述衬底1放入金属有机化学气相沉积设备的生长腔内；
所述衬底1选用蓝宝石衬底1，所述衬底1在使用前，先使用三氯乙烯、丙酮和乙醇依次清洗衬底1，然后用干燥的氮气吹干，将所述衬底1放入金属有机化学气相沉积设备的生长腔内，并将所述生长腔内的生长温度调节为600℃，压强为1000Pa。
S12、所述金属有机化学气相沉积设备将有机镁化合物、有机镓化合物和氧源注入所述生长腔内对所述衬底1生长1.5小时；
所述有机镁化合物、所述有机镓化合物和所述氧源在所述生长腔内的载气流速分别为25sccm、13sccm和600sccm。所述有机镁化合物为二甲基二茂镁和二乙基二茂镁中的一种或多种，所述有机镓化合物为三甲基镓和三乙基镓中的一种或多种，所述痒源为高纯度氧。
S13、以每秒0.4℃的速度将所述衬底1冷却至室温，得到MgGaO薄膜2。
在对所述衬底1进行降温时，所述金属有机化学气相沉积设备停止供有机镁化合物、有机镓化合物和氧源。
S2、在所述MgGaO薄膜2上光刻叉指电极3；
具体方式为：S21、将所述MgGaO薄膜2移入退火炉，向所述退火炉通氧，以每秒0.3℃将所述退火炉的炉温升温至700℃，7分钟后将所述MgGaO薄膜2 从所述退火炉移出；
通入的氧的流量为9sccm，对所述MgGaO薄膜2进行退火处理后，增加了所述MgGaO薄膜2的性能，从而增加所述MgGaO光伏探测器的性能，使所述 MgGaO光伏探测器具有更低的暗电流和更快的光响应速度。
S22、在移出的所述MgGaO薄膜2表面沉积种子层；
通过电子束蒸发方法在所述衬底1上沉积3nm厚的Cr种子层和10nm厚的 Au种子层。
S23、在所述种子层表面旋涂光刻胶后曝光，得到硅片；
此时所述硅片包含所述叉指电极3的图案。
S24、对所述硅片进行显影后进行脉冲电镀，得到电镀硅片；
将所述硅片置于电镀液中，用电流密度5-10mA/cm2的脉冲电流对所述叉指电极3图案进行填充，得到电镀硅片，电镀时间为33分钟，所述电镀硅片厚度为1μm±50nm，并将所述电镀硅片依次在丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗，以去除所述光刻胶，清洗时间为6-15分钟。
S25、将所述电镀硅片上的所述种子层去除，得到叉指电极3。
将所述电镀硅片置于电子束刻蚀机中在能量500ev束流90mA条件下刻蚀种子层，以确定所述衬底1不导电后；对所述衬板进行清洗得到所述叉指电极3，得到的叉指电极3厚度为500nm-2μm。
S3、在所述叉指电极3上按压In粒，得到MgGaO光伏探测器。
得到的所述MgGaO光伏探测器呈MSM结构，MSM结构是由两个具有不同肖特基势垒的金属-半导体(MS)异质结背靠背接触形成的。在有电子束蒸发 Cr/Au种子层的所述硅片上，将旋凃在所述种子层的光刻胶曝光、显影形成需要的电极图形，随后在金电镀液中进行脉冲电镀，根据需要通过调整电镀时间控制所述叉指电极3的厚度。
第二方面，本发明提供了一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器，包括衬底1、 MgGaO薄膜2和叉指电极3；
所述MgGaO薄膜2与所述衬底1固定连接，并位于所述衬底1的一侧，所述叉指电极3与所述MgGaO薄膜2固定连接，并位于远离所述衬底1的一侧。
在本实施方式中，使用金属有机化合物化学气相沉积法制备所述MgGaO薄膜2，使所述MgGaO薄膜2具有结晶质量高、不出现分相、吸收截止边陡峭的优点。
第三方面，本发明提供了一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器的应用，应用于直调单纤光信能同传系统。
在本实施方式中，直调单纤光信能同传系统，包括：信号发生器、直流电源、DC偏置器、连续半导体激光器、波导介质、用于初步光接收与信能量分离的MgGaO光伏探测器、光能量接收模块及光信号接收模块，所述信号发生器生成的调制电信号与直流电源产生的直流信号均输入DC偏置器，通过DC偏置器偏置混合后作为连续半导体激光器的混合驱动源，半导体激光器的光输出端连接波导介质，波导介质的输出端连接MgGaO光伏探测器，MgGaO光伏探测器设有电能输出端及信号输出端，MgGaO光伏探测器的电能输出端连接光能量接收模块，MgGaO光伏探测器内设有光伏电池组，光伏电池组将连续半导体激光器的输入激光转化为电能输出，光能量接收模块使光伏电池组保持最大输出电功率及光电转化效率，并监测输出电功率；MgGaO光伏探测器的信号输出端连接光信号接收模块，光信号接收模块提取光信号进行光电转换，并对MgGaO光伏探测器的信号输出端输出的电信号做衰减，滤除光电转化的电信号中的直流信号。通过所述非晶MgGaO薄膜的光伏探测器增加了所述直调单纤光信能同传系统的光信号的传导。
以上所揭露的仅为本发明一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器及其制备方法和应用较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜；
在所述MgGaO薄膜上光刻叉指电极；
在所述叉指电极上按压In粒，得到MgGaO光伏探测器。
2.如权利要求1所述的非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，其特征在于，
所述利用金属有机化合物化学气相沉积法使有机镁化合物、有机镓化合物和氧源在衬底的表面生长MgGaO薄膜的具体方式为：
将所述衬底放入金属有机化学气相沉积设备的生长腔内；
所述金属有机化学气相沉积设备将有机镁化合物、有机镓化合物和氧源注入所述生长腔内对所述衬底生长1.5小时；
以每秒0.4℃的速度将所述衬底冷却至室温，得到MgGaO薄膜。
3.如权利要求2所述的非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，其特征在于，
所述在所述MgGaO薄膜上光刻叉指电极的具体方式为：
将所述MgGaO薄膜移入退火炉，向所述退火炉通氧，以每秒0.3℃将所述退火炉的炉温升温至700℃，7分钟后将所述MgGaO薄膜从所述退火炉移出；
在移出的所述MgGaO薄膜表面沉积种子层；
在所述种子层表面旋涂光刻胶后曝光，得到硅片；
对所述硅片进行显影后进行脉冲电镀，得到电镀硅片；
将所述电镀硅片上的所述种子层去除，得到叉指电极。
4.如权利要求2所述的非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法，其特征在于，
所述有机镁化合物、所述有机镓化合物和所述氧源在所述生长腔内的载气流速分别为25sccm、13sccm和600sccm。
5.如权利要求4所述的非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法和应用，其特征在于，
所述有机镁化合物为二甲基二茂镁和二乙基二茂镁中的一种或多种，所述有机镓化合物为三甲基镓和三乙基镓中的一种或多种。
6.一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器，采用如权利要求1-5任意一项所述的非晶MgGaO薄膜的光伏探测器制备方法进行制备，其特征在于，包括衬底、MgGaO薄膜和叉指电极；
所述MgGaO薄膜与所述衬底固定连接，并位于所述衬底的一侧，所述叉指电极与所述MgGaO薄膜固定连接，并位于远离所述衬底的一侧。
7.一种非晶MgGaO薄膜的光伏探测器的应用，采用权利要求6所述的非晶MgGaO薄膜的光伏探测器，其特征在于，应用于直调单纤光信能同传系统。
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